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本系统主要以89S52单片机为控制核心。恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。工作于恒压模式时，电流随电压变化，并且其比值为一固定不变的常数，且可设定.ADC0832采集数据，在数码管上显示数据，并可手动切换恒流 恒压 横阻工作模式。
。
一、系统方案
1、方案比较与选择
（1）恒压模式设计
方案一：使用开关稳压电源方式。这种方式效率较高，应用也比较普遍。但在实际测试的过程中，发现纹波较大，不易控制。故不采用此方案。
方案二：采用晶闸管，通过控制电路改变晶闸管导通角以实现恒压工作方式，性能稳定。但价格较高，不宜使用。
方案三：采用LM324组成比较器，三极管上的电压经过R1与R2的分压送入运放正向输入端与给定值比较。
（2）恒流模式设计
方案一：采用电流互感器对电流回路上器件的磁场进行反馈，构成恒流模块。然而该电路的实现形式比较复杂，考虑到竞赛的时间限制，不采用此方案。
方案二：采用恒流二极管构成恒流模块，简单易行。但恒流二极管的恒流特性并不是非常好且电流规格比较少，价格又比较昂贵。故此方案也不可行。
方案三：选用运放LM358，将反相端输入端与输出端采用负反馈电路，在反馈电路中加入可调电阻，使得取样电阻上的电流可以微调，实现输出电流与理论值相同，大大提高了输出电流的精度，又由于运放的同相输入端的信号来自与数模转换模块的运放输出，稳定度很高。所以采用方案三。原理图如图所示，图中输出端取样电阻为0.5欧大功率电阻；
（3）恒阻模式设计
方案一：可以在恒流电路的基础上通过MCU检测到的输入电压来计算电流，达到恒阻的目的。但这种方法响应较慢，只适用于输入变化较慢，且要求不高的时候，所以不予采用。
方案二：搭建硬件电路实现。通过可调电阻分压，并使用运放构成反馈，经过三极管调整电路达到恒阻效果。选用方案二。
（4）负载参数调节设计
方案一：人工预置。使用电位器设置负载参数。电位器调节较为麻烦，且数值不宜掌控，偏差较大。不予选用。
方案二：数字程控设置。运用单片机采集I/U数据，简洁清晰，精度较高。故选用方案二。
2、总体方案描述
（1）系统工作流程框图
键盘输入电压 键盘输入电流 单 片 机 恒压模块 恒流模块 功率 控制 电流检测 负载输入 负载输出 A/D A/D 电压比较 电流比较 电压检测 电压显示 电流显示
（2）总体思路
利用单片机及其外围电路，包括4×4矩阵键盘、液晶显示等。键盘设定负载参数并显示，搭建电压/电流检测、电压/电流比较以及功率控制电路，模块化实现恒压、恒流、恒阻，并加入自动过载保护。用单片机切换不同的工作状态。
（3）总体电路图 见附录一
二、电路设计
1、硬件设计及理论计算
（1）单片机与运放供电
变压器通过整流、滤波、稳压产生所需电压。
图1（见附录一）中电路提供±15V电源，主要用于运放电路。
图2（见附录二）中电路提供+5V电源，用于单片机、液晶显示、键盘。
（2）恒压模块
选用运放LM358，将同相输入端与输出端采用正反馈电路，在反馈电路中加入电阻，R1与R2并联实现分压。使得取样电阻上的电压稳定，实现输出电压与理论值相同。又由于运放的反相输入端的信号来自于单片机的输出，稳定度与精度均很高。原理图如图3所示。单片机设定负载参数。A点电压恒满足①式
UA=2U0 ①
例如当单片机给出2V电压时，A点电压为4V。Q2为大功率三极管，利用Q1放大电流驱动Q2形成反馈。此时调节待测电源输入电压值，经过调整电路，A点电压保持4V不变。
LM358 R0 1kΩ R1 1kΩ 15V S9014 TIP41C R2 10Ω ○ 单片机输入U0 待测电源输入 Q1 Q2 A ○ 图3
（3）恒流模块
选用运放LM358，将反相端输入端与输出端采用负反馈电路，运放的同相输入端的信号来自于单片机的输出，稳定度与精度均很高。原理图如图所示，图中输出端取样电阻为0.5欧大功率电阻，受热情况下其阻值改变不大。单片机设定负载参数。B点电流恒满足②式
IB=U0/R1 ②
例如当单片机给出1.0V电压时，B点电压也为1.0V，R1等于0.5Ω。通过两个放大器调整电路，此时无论待测电源输入为何值，B点电流恒为1V/0.5Ω=2A。
单片机输入U0 LM358 15V S9014 Q4 R3 ○ Q3 TIP41C ○ 待测电源输入 B 图4
（4）恒阻模块
CD段电流较小，可以忽略不计，所以LM358同相输入端电压 U+=I·R5
电阻R4可以分压，CD段分得的电压等于U+。所以有 UCD=U+=I·R5
显然U1与I成比例关系，所以电阻值恒定。
图5 LM358 R4 10kΩ Key=A a% 15V S9014 Q1 R5 0.5Ω ○ 待测电源输入 ○ C D I A U1
（5）比较和检测电路分析
连接运放LM324形成反馈构成比较器，通过AD芯片检测电路。
（6）功率控制方法
如图3、4所示，为了提高电路中电流的大小，我们采用三极管S9014放大电流，驱动中功率三极管TIP41C起到功率控制的作用。同时用到了散热器，提高了整个电路的工作效率。
恒功率电路：
恒功率功能大部份电子负载都采用恒流电路来实现，原理是MCU 采样
到输入电压后根据设定的功率值来计算输出电流。当然也可以采用硬件
方法来实现恒功率功能，下面是硬件恒功率功能方块图：
（7）自动过载保护设计
当负载电流增大时，取样电压增大，LM324反相输入端电压增大，电流继续增大。当反相端电压大于所设定过流保护电流的基准电压(同相端输入电压)时，LM324输出低电平，与场效应管共同作用使得负载电流减小，起到过流保护作用。
○ LM324 D1 1N4143 R6 18kΩ 5V
2、软件设计及流程
此电子负载除了要完成作为负载的功能以外，还要实现I/U数据采集、测量与显示的任务。且显示分辨力至少具有三位数，相对误差小于5%。
软件流程图:
主程序流程： 定时中断： 液晶显示 （恒压显示，恒流显示） 设定电压值并 送入恒压电路 设定电流值并 送入恒流电路 N Y Y 键盘扫描 电压设定？ 电流设定？ 端口设置及芯片初始化
三、指标测试 通道1采集恒流值 储存显示 返回 Y 通道0采集恒压值 储存显示 1秒定时到？
1、测试仪器
电流表C31-A,万用表MF47,数字万用表VC890D,直流稳压电源YB1731C
2、测试方法
常温下实验室测试。将直流电源连接电子负载，在恒压、恒流、恒阻模式下，设定负载参数，分别测量计算负载电压、电流与电阻，并绘制伏安特性曲线图。
直流稳压电 源 电 子 负 载 A V C31-A C31-V
3、测试数据记录
按下ABCD即是恒压模式，按下EFG即是横流模式，按下FGHI即是横阻模式
|
恒流模式 | |||||||
|
预置电压（V） |
|
被测电源(V) |
|
电阻(欧姆) |
数码管显示（V） |
计算恒流值（A） | |
|
0.105 |
|
1 |
|
0.1 |
0.092 |
|
1.06 |
|
|
3 |
|
0.096 |
|
1.06 | ||
|
|
4.91 |
|
0.091 |
|
1.06 | ||
|
|
8.85 |
|
0.089 |
|
1.06 | ||
|
|
15.79 |
|
0.095 |
|
1.06 | ||
|
|
18.55 |
|
0.093 |
|
1.06 | ||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
0.156 |
|
1 |
|
0.1 |
0.152 |
|
1.56 |
|
|
3.58 |
|
0.154 |
|
1.56 | ||
|
|
7.65 |
|
0.151 |
|
1.56 | ||
|
|
8.95 |
|
0.156 |
|
1.56 | ||
|
|
13.5 |
|
0.158 |
|
1.56 | ||
|
|
|
18.55 |
|
0.153 |
|
1.56 | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.301 |
|
1 |
|
0.1 |
0.294 |
|
3.01 |
|
|
4.2 |
|
0.294 |
|
3.01 | ||
|
|
5.6 |
|
0.294 |
|
3.01 | ||
|
|
12.5 |
|
0.294 |
|
3.01 | ||
|
|
13.6 |
|
0.294 |
|
3.01 | ||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
恒压模式 | |||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
预置电流（A） |
|
预置电压（V） |
数码管显示电压（V） |
输出电压（V） | |||
|
0.1 |
|
0.5 |
|
1 |
|
1.005 |
|
|
|
1 |
|
1.991 |
|
2 |
| |
|
|
1.5 |
|
2.995 |
|
3.01 |
| |
|
|
1.92 |
|
3.805 |
|
3.83 |
| |
|
|
3.14 |
|
3.83 |
（分压0.5） |
6.27 |
| |
|
0.5 |
|
0.5 |
|
0.991 |
|
1.003 |
|
|
|
1.07 |
|
2.121 |
|
2.13 |
| |
|
|
1.94 |
|
3.878 |
|
3.88 |
| |
|
|
2.64 |
|
2.589 |
|
5.26 |
| |
|
|
3.14 |
|
3.165 |
分压0.5 |
6.26 |
| |
|
|
|
7.21 |
|
3.615 |
分压0.25 |
14.41 |
|
|
1 |
|
0.5 |
|
0.98 |
|
0.992 |
|
|
|
1.12 |
|
2.201 |
|
2.21 |
| |
|
|
1.98 |
|
3.958 |
|
3.95 |
| |
|
|
2.5 |
|
4.961 |
|
4.97 |
| |
|
|
3.42 |
|
3.405 |
分压0.5 |
6.81 |
| |
|
|
|
8.05 |
|
4.015 |
分压0.25 |
16.15 |
|
|
2 |
|
0.5 |
|
0.957 |
|
0.966 |
|
|
|
1.47 |
|
2.875 |
|
2.89 |
| |
|
|
2.26 |
|
4.425 |
|
4.46 |
| |
|
|
2.97 |
|
2.913 |
分压0.5 |
5.89 |
| |
|
|
3.42 |
|
3.358 |
分压0.5 |
6.81 |
| |
|
3 |
|
0.5 |
|
1.075 |
|
1.085 |
|
|
|
1.15 |
|
2.21 |
|
2.22 |
| |
|
|
1.74 |
|
3.418 |
|
3.42 |
| |
|
|
2.3 |
|
4.509 |
|
4.52 |
| |
|
|
3.53 |
|
3.487 |
分压0.5 |
6.99 |
| |
恒压：电子负载端电压保持恒定，且可设定。恒流：不论输入电压如何变化，流过该电子负载的电流值恒定且可设定。恒阻：不论输入电压如何变化，流过该电子负载的电压与电流的比例恒定。受实验室环境与器材限制，稍有误差。
恒阻特性曲线 恒压特性曲线 恒流特性曲线 I/A 0 U/V 预置负载1 预置负载2 I/A 预置负载4 预置负载3 I/A U/V 0 U/V 0 预置负载5电压 0
四、总结与体会
设计的以AT89S52单片机为控制核心的电子负载，能够直接检测被测电源的电流值、电压值。负载参数可以设定，且各个数据均能直观的在数码管上显示。
当然，在实验的过程中也出现了许多问题，如对电阻功率的大小考虑欠妥以致一开始测试的数据偏差较大等。由于时间的仓促以及实验条件与自身能力所限，本设计还存在着许多不足。负载参数的设置与读出范围也有待扩大，同时可以加入功率显示模块等以便更全面地测试电源性能。
附录一
~220V T1 B1 AC | AC — C1 2.2mF C2 2.2mF C3 100uF C4 100uF 7905 LINE VREG COMMON VOLTAGE 7915 LINE VREG COMMON VOLTAGE C5 470uF C6 470uF +15V -15V 图1
图2 ~220V T2 B2 C7 2.2mF C8 330nF 7805 LINE VREG COMMON C9 100nF +5V AC | AC — VOLTAGE
总体电路图
参考文献
[1]阎石著《数字电子技术基础》第五版 高等教育出版社，2006
[2]华成英,童诗白著《模拟电子技术基础》第四版高等教育出版社，2006
[3]吴炳胜著《80C51单片机原理及应用技术》冶金工业出版社，2006
[4]张迎新著《单片微型计算机原理应用及接口技术》国防工业出版社，1993
[5]何希才著《新型集成电路及其应用实例》科学出版社，2003
[6]徐爱钧著《智能化测量控制仪表原理与设计》北京航空航天大学出版社，2006
[7] 孙肖子，邓建国，陈南等著《电子设计指南》高等教育出版社，2006