基于STC12单片机的直流电子负载设计

李泽平（江西科技师范大学,南昌 330013）

基于STC12单片机的直流电子负载设计

李泽平
（江西科技师范大学,南昌 330013）

摘 要：在电子技术应用领域,经常要对开关电源、线性电源、充电器等电子设备进行测试，如何对其输出特性进行可靠、全面且比较简单、快捷的测试，一直是仪表测试行业研究的问题。传统的测试方法中一般都采用电阻、滑线变阻器、电阻箱等充当测试负载，但这些负载不能满足我们对负载多方面的要求，如：恒定电流的负载；带输出接口的负载；随意调节的负载、恒功率的负载、动态负载；多输出端口的负载等。本设计针对这些问题设计一款新型直流电子负载，满足了我们对负载的各种要求，解决了开发研制测试中的困难。本设计能实现恒流、恒压和恒阻三种模式。采用 STC12C5A60S2单片机作为系统的控制芯片，可通过按键手动切换工作模式。工作于恒压模式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，本设计主要包括控制电路(MCU)、DA和AD转换电路、主电路、采样电路、12864显示电路、模式转换电路等，能够对系统达到精确控制从而按照设定值精确输出。

关键词：电子负载;单片机;采样;模式切换

1　系统方案设计

利用运算放大器输出PWM波实现控制IRFP064的导通截止来完成恒压、恒流和恒阻三种方式，并由STC12C5A60S2单片机来完成设定的电压和电流，可通过按键开关来设定与步进增加减小，经过ADC0832模数转换后由液晶12864B来完成显示部分和DAC7512数模转换输出作为运算放大器的基准电压作为设定的基准值，最后完成恒压、恒流、恒阻三种方式。

2　各模块电路设计

恒压模块（图1）

直流电子负载工作在恒压方式如图2所示，其中，OP07和MOSFET-N组成一个反馈电路，当从DA数模转换输出一个给定的基准电压给OP07的反向输入端2脚时，运放OP07的输出端控制Q2导通或截止， 从而使得输出端维持在基准电压值，当不论输入电压如何变化电子负载端电压保持恒定，且等于基准电压值，从而达到恒压目的。

恒流模块（图2）

直流电子负载工作在恒流方式电路如图3所示，电路采用负反馈工作模式，电路中将场效应管Q2输出的电压信号经过下面的运放U4放大10倍，再经过U3的方向输入端与DA输出接到的3端进行比较使输出信号控制Q4管不断导通和截止，从而达到恒定2脚输入端，此电路通过恒定电压的方式恒定电流使输出电流在数值上等于所设定的DA输出基准电压值。当输入电压在不断的变化时（在一定的范围），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可根据基准电压的大小设定。

恒阻模块（图3）

直流电子负载工作在恒阻方式电路如图4所示，电路采用负反馈工作方式，此电路综合恒压、恒流的工作方式，电路下面的运算放大器U3将输出的电压信号经放大后输入到U2的反向输入端经过比较后输出控制MOSFET-N的导通截止，使输出端的电压和电流在数值上满足一定的比例关系，当不论被测直流电源的电压如何改变，输出端的电压和电流在数值比值上恒定，即满足恒阻方式。

3　测试方案与测试结果

3.1 电路的测试方案

直接使用数字万用表等各种测量仪表对各个参数进行测量，通过切换按键完成恒压、恒流、恒阻等工作方式。当测试恒压或恒流时，两个调整按键分别可以设定粗调递增、细调递增。使其在设定值在不断的改变，并通过万用表测量各种电流电压值。当切换到恒阻挡时，通过调节滑动变阻器来完成设定的电阻值，改变被测直流电压数值大小，观察被测值数值大小变化。

3.2 测试结果分析

当工作于恒压方式时，初始先设定一个基准电压值，被测电源电压不断的改变（在一定范围内增加），万用表测量出来的输出电压值几乎等于起初设定的电压值，不随被测直流电压值的改变，可以认为在系统允许误差范围内，恒压方式中电压恒定不变，同样电流的测量也一样，实际测量值等于起初设定的基准值，不随被测直流电源的电压变化而变化，达到恒流的状态。工作于恒阻方式时，实际测量值与设定电阻只存在微小误差，但误差均小于发挥部分的所要求的2%。

4　结语

本电路完成了基本部分和发挥部分要求的制作。在基本设计的基于STC12C5A60S2单片机控制的电子负载。并通过液晶显示实时的显示所测的电压与电流及恒阻值。

发挥部分中恒阻负载仍有缺陷，灵敏度不足，并且存在微小误差，有待于电路的进一步改进，使其精确性和稳定性更好。

此电子负载能很好的替代传统的测试方法中一般采用的电阻、滑线变阻器、电阻箱等，更简单、更快捷、更可靠地对电源、变压器、蓄电池等电子设备进行输出特性的测试。通过本次比赛对于直流电子负载的制作，我们对其有了进一步的了解。从一开始的电路构思，到单片机程序的编辑，再到后面一个个单元电路的调试以及为完成所有要求指标的联调过程，我们学到了许多在课堂上学不到的东西。

参考文献：

[1]单片机原理与应用及c51程序设计[S].北京：清华大学出版社,2009(07).

[2]黄庆华,张永格.单片机开发技术和实训[S].

[3]电子技术基础模拟部分（第四版）[S].北京：高等教育出版社,1996.

作者简介：李泽平，男，河南登封人，研究方向：嵌入式系统。