电子设计竞赛报告范文.docx

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1、电子设计竞赛报告范文 2022年“TI”杯浙江省大学生电子设计竞赛简易直流电子负载（C题） 2022年8月8日 直流电子负载与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、效率高等优点，在电源，通讯，汽车，蓄电池等领域得到了较好的地应用，并已成为当前研究的热点。直流电子负载由数字控制、检测与驱动电路和显示模块等。数字控制MOS 管或晶体管的导通量，实现对电源参数的稳定控制。 直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。为了便于控制的实现和功能的扩展，采用了freescale单片机作为核心控制器，设计了控制电路、检测电路，键盘电路、显示电路，通过比

2、较法和模糊控制技术及软硬件的配合，实现了整个电路的设计。关键字：直流电子负载单片机AD采样DA采样 1系统方案 . 错误!未指定书签。 1.1单片机模块的论证与选择. 错误!未指定书签。 1.2AD模块的论证与选择. 错误!未指定书签。 1.3控制系统的论证与选择. 错误!未指定书签。2电路与程序设计 . 错误!未指定书签。 2.1系统总体框图. 错误!未指定书签。 2.1.1系统总体框图. 错误!未指定书签。 2.2电路原理图. 错误!未指定书签。 2.2.1单片机及外围电路电路原理图. 错误!未指定书签。 2.2.2硬件闭环控制电路原理图. 错误!未指定书签。 2.2.3电压电流采样电路的

3、原理图. 错误!未指定书签。 3.2程序的设计. 错误!未指定书签。 3.2.1程序功能描述与设计思路. 错误!未指定书签。 3.2.2程序流程图. 错误!未指定书签。4测试方案与测试结果. 错误!未指定书签。 4.1测试方案. 错误!未指定书签。 4.2测试条件与仪器. 错误!未指定书签。 4.3测试结果及分析. 错误!未指定书签。 4.3.1测试结果(数据) . 错误!未指定书签。 4.3.2测试分析与结论. 错误!未指定书签。 本页为题目要求全文 简易直流电子负载（C题） 1系统方案 本系统主要由单片机模块、AD采样模块、控制系统组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1单片机模块的论

4、证与选择 方案一：选择STC89C52作为主控芯片，STC89C52周期比较慢，使系统反应比较慢。方案二：选择MSP430G2553作为主控芯片，这款单片机的虽然周期是比STC89C52快，但是为了实现能用液晶12864显示，电路中的电压和电流，使用端口不够。 方案三：选择freescale的S12XS128作为主控芯片，这块芯片不但总线频率能超频到80MHZ，这是一个非常快的反应速度，再加上有100多个引脚，完全可以满足系统控制的要求。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.2AD模块的论证与选择 方案一：使用单片机内部12位AD采集电压 单片机的内部12位AD，由于题目要求的精度比较高，12

5、为的分辨率比较低。 方案二：使用外接16位AD采集电压ADS1115 首先ADS1115芯片，完全可以达到题目中要求的精度，然后ADS1115是4通道AD转换，有就是受一块芯片可以完全采集电压和电流。 综合以上两种方案，选择方案二。 1.3控制系统的论证与选择 方案一：利用可调电阻的电压，控制恒流的输出 使用可调电阻上面所分到的电压作为基准电压，也就是硬件上实现了一个闭环控制，从而达到回路中电流的恒定，但是利用可调电阻，分得的电压很难达到一个自己想要的恒定电流。 方案二：利用单片机控制外接DAC7512芯片模块，输出的电压作为基准电压，控制恒流输出 利用单片机来控制12位的DAC7512，可以

6、是电压输出更加的稳定，也可以用过按键来调节电压的输出，并可以精确的计算出电压的值。是你调节起来更加的方便，和快捷经过我们的考虑最终选择的通过DAC7512芯片来实现对基准电压进行控制，来实现恒流的目的。 2电路与程序设计 2.1系统总体框图 2.1.1系统总体框图 系统总体框图 单片机是使用reescale的S12XS128芯片，ADC转化芯片是使用了16位ADS1115，DAC转换芯片是使用了DAC7812芯片，显示是用了液晶12864 2.2电路原理图 2.2.1单片机及外围电路电路原理图 单片机及其外围电路，主要包括了S12XS128最小系统板、ADC模块、DAC模块、电源模块 按键模块

7、以及液晶显示模块等。 电源模块：为了使DA和输出的稳定性，再加上我们所选用的和的芯片的参考电压为芯片的供电电压，所以给AD和DA芯片供电必须得稳定，最终决定使用了LM1117芯片稳压到3.3V给AD和DA芯片供电。 单片机及外围电路电路的PCB 2.2.2硬件闭环控制电路原理图 硬件闭环控制：通过J1脚上给定的电压，通过比较器，当给定电压大于R8采样电阻两端电压时，MOS管进行导通，电流上升，随后是R8采样电阻上的电压增大，那采样电阻的电压大于给定电压是，MOS管关断，电流下降，降到给定的电压以下是，MOS又导通，从而形成了闭环控制。这样可以使采样电阻上电压稳定，根据欧姆定律，计算出流过回路的

8、电流。电流=电压/电阻，从而达到恒流的目的。 2.2.3电压电流采样电路的原理图 电压采集：将要采集的电压，首先通过电压跟随器进行隔离，然后在通过放大电路放到两倍给AD进行采集，根据AD读回去的数据，通过参考电压进行计算，得到电压值。 电流采集：将采样电阻的电压，首先通过电压跟随器进行隔离，再RC滤波，然后在通过放大电路放到21倍给AD进行采集，根据AD读回去的数据，通过参考电压进行计算，得到采样电阻两端电压值，将电压值除以采样电阻的阻值，得到电流值。 电压电流采样电路的PCB 3.2程序的设计 3.2.1程序功能描述与设计思路 1、程序功能描述 可以实现恒流100MA跳变 可以实现恒流10M

9、A跳变 可以实现恒流1MA跳变 自动电压测量 自动电流测量 负载调整率自动计算 根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示 1）键盘实现功能：模式的切换，电流设定值的增减 2）显示部分：显示电压值，显示电流值，显示电流设定值，显示负载调整率 2、程序设计思路 首先初始化I/O、DA、AD、按键，然后分别对DAC7512输出基准电压，用ADS11155进行电流采集，读取按键的值并送入单片机，最后用12864液晶显示电压值，显示电流值，显示电流设定值，显示负载调整率 3.2.2程序流程图 1、主程序流程图 4测试方案与测试结果 4.1测试方案 1、硬件测试 首先分模块搭建硬件电路并分别测试成功，

10、然后将分立的模块搭建在一起测试整体功能。经测试，我们的电源模块、功耗模块、单片机控制模块以及信号检测放大模块均工作正常。 2、软件仿真测试 软件测试我们选择在搭好的硬件上直接测试，结果正常。 3、硬件软件联调 软件测试我们选择在搭好的硬件上直接测试，结果正常。 4.2测试条件与仪器 输出0-30v和3A电源 带宽40M数字示波器 4位半数字万用表 4.3测试结果及分析 经过测试，系统各部分均工作正常。电流设置可以做到步进100MA，10MA以及1MA 的步进值。在输出电流100MA700MA时，误差可以控制在1%以内。在大电流工作时，误差小于2%。同时系统具有过压保护功能和开路工作模式，具有测

11、试电源负载变化率功能。 4.3.1测试结果(数据) 4.3.2测试分析与结论 根据上述测试数据，系统电流在01A内可调，设置步进有100MA、10MA，在横流工作模式下具有开路设置，当电子负载两端变化10V时输出电流基本不变，具有过压保护功能。具有测量并实时显示电子负载两端电压，流过电子负载的电流的功能。具有自动测量负载调整率的功能由此可以得出以下结论： 1、恒流工作模式的电流设置范围为100MA1000MA,设置分辨率为10MA，工作在开路模式，电流为0MA。 2、在恒流工作模式下，当电子负载两端变化10v，输出电流变化的绝对值小于变化前电流值的1%。 3、能比较精确的显示电压以及电流值。 综上所述，本设计达到设计要求。