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[电子大赛] 全国大学生电子设计竞赛《简易直流电子负载》设计报告

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发表于 2019-11-15 09:43 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本设计采用TI 公司的MSP430F149型微处理器作为系统控制核心, 主要由电
3 c* J- z; z. w# |5 M8 q9 @9 G2 y压电流检测模块、过压保护模块、压控恒流电路模块以及液晶显示模块组成。电9 t6 Z$ X) H# E/ _- @! C3 \
压电流检测模块采用 ADS1115DGSRA转D换器检测端口电压电流; 过压保护模块主$ @9 ~- k8 I- f1 v
要采用OPA2340PA作为比较器控制压控模块的输出; 压控恒流模块采用3DD15功' t# ?& i6 i: m! k" ~$ W
率三极管作为功率器件;液晶模块采用12864作为系统的模式和数据显示屏。
3 V& H( ~# y$ M5 P数据结果给出了:恒流工作模式的电流范围为100mA~1000mA ,分辨力为
" [; v( {1 @" W! r9 l10mA时显示值与测量值;恒流工作模式下,电子负载两端电压变化10V时,输
3 A. l+ L; v6 I- K. S出电流前后数值; 过压保护电路的阈值电压;实时流过电子负载的电压、电流以2 }5 \+ Z; t" S% K
及直流稳压电源负载调整率。经测试,各项指标均达到题目提出的要求。本设计
$ M! w, N9 ^1 F还具有自动电流、电压测量校准功能以提高测量精度。
% g1 |, h. ^; U6 }: s* B# e% z) F6 y6 M" F4 f
一、系统方案
4 C& [  C: D/ C8 N1、方案比较与选择
% g" o6 R& ~+ H! D1 W9 t" ]; r(1)恒流源电路方案
3 g. e( j! c+ b% W# {" c) D3 j方案一:采用软件闭环控制1 J# u; U) q4 B4 z) ]8 `3 G
键盘预置电流值, 经mcu处理产生电压信号, 同时将采样电路采集到的实际
  w4 X' ]+ }2 Q1 Y5 q8 T+ |输出电流值转化为电压信号, 两者进行比较通过适当的控制算法, 调整输出电流- R, h7 S. P# c" @$ c! p7 d; c! U0 O7 {
值使其与设定电流值相等,从而构成闭环控制系统。
" j5 Q' W; T+ }0 t/ |; |" g0 @% P4 A方案二:采用硬件闭环控制* M/ G. ]% k  ?
硬件的闭环稳流的典型电路如图1 所示,根据集成运放的虚短概念, 可得到:
. O9 j. H# R8 p* L: R, z7 gVR3=Vi*[R2/(R2+R1)] 式中VR3为负载R3的电压, R3为取样电阻, Vi 为单片机
/ y! @, j! O7 i5 }, h( |输出的电压,而此时电流I=VR3/R3。若固定所有电阻不变,则I 完全由Vi 决定,
( {5 h  E1 s/ M" _" T- [! |6 O故无论电路如何发生变化,利用反馈环的自动调节作用,都能使I 保持稳定。# x0 K3 T" ~6 K& ]! ?( W% i
图1 硬件闭环稳流控制
5 y. A% `& P8 e9 e, ?% i方案一最大的问题是: 若输入电源电压或负载发生变化, 都需要经过一段时
+ C" i5 E" a4 g- A8 S7 a1 U6 U间调整后才能使电流稳定。方案二硬件电路不仅简单而且又能快速得实现稳定的
! R* K7 U( \/ w% J' e, w' W电流输出。综合以上方案优缺点,决定采用方案二。
0 K$ V0 [" m8 Q. m(2)控制核心的选择
: d9 e, e4 _, N0 S4 A# f方案一:采用目前比较通用的MS-C51 微处理器
8 Z3 N2 z. y9 N+ D4 c价格相对便宜,技术比较成熟,编写程序较容易,自由度大,但运算速度较1 L% j# O9 v. j) Y
慢,在处理对精度有较高要求时表现明显不足。
( G4 c2 L* s# B5 q方案二:采用美国TI 公司的MSP430 微处理器: }! s# D, K) S9 E2 F, K( P( J. b2 u
该单片机功能较强、兼容性好、超低功耗;并且具有体积小、集成度高、易( p3 R+ ?! u" s
25 Z3 y" \9 `1 w* M3 M9 J
扩展、可靠性高、以及较高的数据处理和运算能力,系统最高时钟频率可达
6 z8 L! q2 k% j. V3 l7 y6 h10MHZ ,运行速度快。简化硬件电路,提高测量精度,给调试、维护和功能的
9 |: o  G8 q7 d9 j$ F8 D' F/ b1 j扩展带来了极大的方便。
) r9 U. a& E# l$ r8 Q1 V7 x综合以上方案优缺点,我们决定采用方案二。
: T; }  Y6 p' k$ k(3)显示模块方案, S4 y5 u- p  A5 g* M' Z0 V
方案一:采用八段数码管显示
, v8 ]3 v* d; R. D+ }1 a由于要求显示设定值和测量值,需要显示的值比较多。采用LED 数码管需* n' ]3 U& w4 Q+ [2 `/ T
要用动态扫描,占用资源比较多。整个显示界面显得不太友好。
, M+ q8 B0 l" H7 S- n! v# r! V' Q方案二:采用12864B 液晶显示器' I; f$ Y+ Q3 K  _( `
12864B 汉字图形点阵液晶显示模块, 可显示汉字及图形, 内置8192 个中文) b0 }% E1 n5 h, U, E5 `3 E3 A- ^% p# I
汉字(16X16 点阵)、128个字符(8X16 点阵)及64X256 点阵显示RAM(GDRAM )。
( Y& y% \! W1 m9 y4 `8 y显示质量高,体积小,重量轻,功耗低。液晶显示是字符式的,和单片机系统的1 d5 C7 u0 J) Z2 o0 K
接口更加简单可靠,操作更加方便。
1 }9 D9 N6 l2 z  w0 z本系统要显示的数据信息量大,要直观,出于系统要求,采用方案二12864( M+ P2 ^8 ]5 m- \* K
液晶显示器。5 Y! o' w. H9 ~0 F0 \
2、总体方案描述5 U$ ~! M7 [" h; v# Q2 F4 p) _# f
(1)总体思路+ p( U5 ^, q3 Y7 f
设计采用MSP430F149 型微处理器为系统控制核心,通过键盘控制,采用
: \) E: K  R9 [12864 液晶显示器作为系统的模式和数据显示屏。通过恒流电路、功率电阻采样. v/ i' c9 H8 L& {. ]
值,通过A/D 转换,输入到MSP430F149 微处理器。通过处理器算法处理后,5 o" n1 a% W- I2 z( \* s
经过D/A 转换,通过电压基准芯片,再经过恒流电路,检测被测电源设备。系
0 h; O, W2 z6 \  l! T  Y统设有过压保护电路,过压阀值为18V。A/D 和D/A 模块采用3.3V 供电,恒流( F, {, @; W! }$ f
电路和过压保护电路采用5V 供电。* G6 g: V2 j% `9 ^
' I7 i7 X  k- K7 J6 m
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/ |" W+ Y0 M) A/ _& P( E7 V
& D9 W7 E3 x9 ^) N& T& z
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