STC12C5A60S单片机实现直流电子负载控制的设计方案

本文提出了一种基于STC12C5A60S的直流电子负载的设计方案。主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S单片机为控制核心设计直流电子负载。包括控制威廉希尔官方网站 （MCU）、主威廉希尔官方网站 、采样威廉希尔官方网站 、显示威廉希尔官方网站 等，能够检测被测威廉希尔官方网站 的电流值、电压值等各个参数，并能直观的在液晶上显示。本系统由自锁开关控制威廉希尔官方网站 的工作状态，通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻威廉希尔官方网站 之间的工作状态，由LED灯指示相应的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V，稳流范围为100mA-3.5A，误差0-5%在题目要求范围内，达到题目要求并扩展了恒压、恒流的范围。由单片机控制，通过按键达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制，设置了过载保护，通过亮灯显示过载。

1.方案设计与论证

1.1 整体方案设计

基于手动调节单片机控制的直流电子负载。

本方案通过两个自锁开关来控制威廉希尔官方网站 的工作状态，在恒压、横流、恒阻之间进行切换，通过stc12c5a60s单片机通过D/A芯片控制恒压、恒流等的值，stc12c5a60s是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D转换。采用大功率NMOS管IRF540，该管导通电阻足够小，源漏抗击穿能力足够强。软硬件结的方式，方便简洁实现了不同模块之间的转换，很好的完成了恒压、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

由单片机采集电压、电流值，检测威廉希尔官方网站 过载控制继电器工作，实现威廉希尔官方网站 的过载保护并报警。

1.2 模块方案

1.2.1 恒压设计方案

方案一：用晶体管来实现电压放大和比较，基极和发射极分别相当于比较器的负、正输入端。基极本身会分得一部分电流，同时还会有个电流Ibe影响发射极的电压。这样的威廉希尔官方网站 能够实现恒压功能，但是误差比较大，同时还有较大的功率损耗。

方案二：直接用运算放大器OP07芯片来实现电压的放大和比较威廉希尔官方网站 看起来简单易懂。威廉希尔官方网站 可以实现恒压功能模块，相对误差较小。综合考虑选择方案二1.2.2 恒流设计方案

方案一：用同一型号的三极管，利用三极管相对稳定的Ube作为基准，这种恒流模式简单易行，而且电流的数值可以自由控制，产品成本低，不同型号的管子，其Ube不是固定值，即使是相同型号也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这种电压也会有波动，不是精密的恒流需求。

方案二：用一个运放作为反馈，即选用OP07芯片来实现恒流功能模块的放大和比较其威廉希尔官方网站 有足够的精度和可调性，原件普遍易于搭建和调试。

综合考虑选择方案二。

1.2.3 显示模块

方案一：采用数码管显示。显示可以用数码管具有接线简单、成本低廉、配置简单灵活、编程容易对外界环境要求低、易于维护等特点。电压和电流的显示可以用数码管，但数码管只能显示简单的数字，占用资源较多，现实信息少，不易显示大量信息。

方案二：采用带字库的2.4寸tft屏幕为显示模块。硬件连接方式简单，而且显示内容丰富生动，可以设计友好的人机交互界面，易于人机交流。

考虑到系统的、显示内容以及系统的实用性，我们采用方案二。

2.威廉希尔官方网站 设计

2.1 恒压威廉希尔官方网站

TEXT和GND的为测试点。威廉希尔官方网站 整体是个负反馈：当TEXT高于设定值时，运放输出高电压，Q1导通度增加，负载阻抗变小，和电源内阻分压，TEXT减小，直至V+=V-；当TEXT低于设定值时，运放输出低电压，Q1到通度减小，负载和电源内阻分压变大，TEXT增大，直至V+=V-。

2.2 恒流威廉希尔官方网站 图

TEXT和GND为测试点，OP07中V+=V-。当V+》V-时，运放输出高电压，Q1导通度增加，电流增大，V-升高，达到V+=V-。当V+

2.3 恒阻威廉希尔官方网站 图

当滑动变阻器打到5 0 % 时电阻分压V+=1/2Vin=V-，电流I=Vin/4，R=Vin/I=4欧，电源电压与电流成正比例变化。可以用单片机实现，R=VText/I，由恒流原理实现。（如需长时间测试，MOSS管最好接大散热片）

3.软件设计

软件设计中，电压电流采集数据经A/D转换后送入C8051F360单片机，与设定值进行比较，然后按要求进行控制，同时对电压、电流和电阻参数进行显示。主程序流程如图5所示。

图5 系统程序流程图

4.测试数据与结果分析

4.1 恒压测试数据

4.2 恒流流测试数据

结果分析：由数据表明，实测电流的值都稳定在设定值左右，经计算，相对误差小于3%.说明系统在恒流模式下工作正常 实测电压的值都稳定在设定值左右，经计算，相对误差小于3%.说明系统在恒流模式下工作正常。

实测电阻的值都稳定在设定值左右，经计算，相对误差小于3%.说明系统在恒流模式下工作正常。

4.总结

本问提出一种基于STC12C5A60S的直流电子负载的设计方案。本方案中设计的直流电子负载主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S单片机为控制核心，由自锁开关控制威廉希尔官方网站 的工作状态，通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻威廉希尔官方网站 之间的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V，稳流范围为100mA-3.5A，误差0-5%在题目要求范围内，达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制，设置了过载保护，通过亮灯显示过载，经验证，本方案具有实际的应用价值。
来源；21ic