【正文】 ......................................2 始初化模塊 ...........................................3 PWM 波發(fā)生模塊 ........................................3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ..........................................7 PID 算法處理模塊 .....................................11 LCD 液晶顯示模塊 .....................................13 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 4 按鍵處理模塊 ........................................14 中斷服務(wù)程序模塊 .......................................15 中斷程序原理及框圖 ..................................15 數(shù)字濾波算法 ........................................16 第四章 結(jié) 論 ...........................................18 致 謝 ...................................................20 參考文獻(xiàn) .................................................21 附錄 .....................................................23 目錄？ 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 5 前 言 直流斬波電路（ DC Chopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。隨著微處理器處理技術(shù)的日趨成熟，開關(guān)電源的軟硬件結(jié)合的控制技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注，它呈現(xiàn) 出純硬件控制方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 本論文以單片機(jī)為控制核心對開關(guān)電源進(jìn)行了可編程控制的 設(shè)計(jì) 。也稱為直接直流 直流變換器（ DC/DC Converter）。 開關(guān)電源作為電力電子領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展而被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主的各種終端設(shè)備和通信設(shè)備中，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。 隨著數(shù)字處理技術(shù)的日趨成熟，開關(guān)電源的可編程數(shù)控技術(shù)得到了快速的發(fā)展和廣泛的關(guān)注。 SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的１００ kHz、用ＭＯＳ－ＦＥＴ制成的５００ kHz 電 源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。其中，為防止隨開關(guān)啟 閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用 RC或 LC 緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆 Hz 的變換器的實(shí)用鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 7 化研究。同時(shí)外加 LED 顯示模塊，對實(shí)時(shí)的電壓電流起到了檢測和顯示的作用。 單片機(jī)模塊輸出兩路推挽的 PWM 波，通過高速光耦隔離并且進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換，再通過以 IR2113 為核心的驅(qū)動(dòng)電路將 PWM 波供給開關(guān)電源的半橋控制的逆變電路。 本設(shè)計(jì)所使用的 PIC18F4520 單片機(jī)是采用 10 位 A/D 及納瓦技術(shù)的鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 3 40 腳的增強(qiáng)型閃存單片機(jī)，如圖 22 所示。 半橋輸出的 PWM 波產(chǎn)生電路 由于原先在選擇單片機(jī)時(shí)選擇的是 PIC18F4520,其內(nèi)部本身就具有ECCP模塊 ,所以只需要單片機(jī)的最小系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)兩路推挽的 PWM波的輸出，無需外加其他電路。 電流采樣調(diào)理電路 本系統(tǒng)采用康銅絲 [6]進(jìn)行電流的采樣。 直接用提供的公式計(jì)算， 當(dāng)U1=U2=Uf 時(shí)， 滿足輸出 Uo=(U1+U2),當(dāng)然如果要求說滿足一個(gè)確定的關(guān)鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 5 系式時(shí)，可以通過改變兩個(gè)電阻與 Rf的比值得到 所需要的比例關(guān)系。 此外，一般的按鍵所用開關(guān)都是機(jī)械彈性開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會馬上穩(wěn)定地連接，在斷開時(shí)也不會馬上完全的斷開，在閉合和斷開的瞬間均有一連串的抖動(dòng)，所以一般在程序中會加按鍵的去抖動(dòng)的部分。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 M a y 2 0 1 0 S h e e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n g s \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 畢業(yè)設(shè)計(jì) . d d bD r a w n B y :S1K1S2K2S3K3S4K4S7k7S5K5S8K8S6K6S9K9R 2 410kR 2 54 . 7 kR 2 62 . 2 kVCC5VR 2 720kR 2 810kR 2 920kR 3 0 K30kA n J i a nA m p 圖 26 33 矩陣式鍵盤 在本系統(tǒng)的按鍵去抖動(dòng)設(shè)計(jì)中，主要是判斷按鍵是否抬起。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)中只需要采用判斷按鍵是否抬起的方法已經(jīng)可以很好的去抖動(dòng)滿足要求了。 本系統(tǒng)中采用的是一款應(yīng)用相當(dāng)廣泛，功能精簡但完全可以滿足要求的 1602 液晶模塊。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，各管腳功能如表 21所示。 1 16 腳是用來調(diào)節(jié)背光，達(dá)到即使黑暗的地方也能看清液晶屏上顯示的字符，但它有損于液晶屏的壽命。 作為一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言， C 語言的特點(diǎn)就是可以使你盡量少地對硬件進(jìn)行操作，具有很強(qiáng)的功能性、結(jié)構(gòu)性和可移植性，因此常常被優(yōu)選作為單片機(jī)系統(tǒng)的編程語言。 綜上， C 語言具有很強(qiáng)的功能性和結(jié)構(gòu)性，可以縮短單片機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，而且易于調(diào)試和維護(hù)，已經(jīng)成為目前單片機(jī)語言中最流行的編程語言。改 用 PIC18F4520 后，采取雙通道 A/D 采樣，分別為電壓采樣和電流的采樣，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)之后進(jìn)行 PID（ Proportional Integral Differential）算法 ,同樣起到了穩(wěn)壓恒流的作用。其中，主程序模塊主要完成系統(tǒng)的初始化模塊、 PWM 波發(fā)生模塊、 ADC 信號采集模塊以及 PID 算法處理模塊、 鍵盤以及 LCD 顯示模塊。初始化模塊的程序框圖如圖 32 所示。因此，增強(qiáng)型 PWM 模式提供了更多的 PWM 輸出選項(xiàng)以適應(yīng)范圍更廣的控制應(yīng)用。由于緩沖，模塊將不會立即啟動(dòng)，而要等到分配的定時(shí)器復(fù)位為止。輸出是否有效取決于選定的 CCP操作模式。同時(shí)設(shè)置 CCP1M3:CCP1M0=1100，使 P1A和 P1B都為高電平有效。用以下公式來計(jì)算 PWM周期。通過寫 CCPR1L寄存器和 CCP1CON5:4位來指定 PWM占空比。計(jì)算占空比的公式如下： PWM占空比 =(CCPR1L:CCP1CON5:4)T OSC(TMR2 預(yù)分頻值 ) 可以在任何時(shí)候?qū)懭?CCPR1L和 CCP1CON5:4，但是在 PR2和 TMR2發(fā)生匹配（即周期結(jié)束）前占空比值不會被鎖存到 CCPR1H中。 同樣根據(jù)本系統(tǒng)所需 PWM 波的實(shí)際情況， PWM 的占空比在 25%左右。 PWM 輸出信號在 P1A引腳上輸出，而互補(bǔ)的 PWM輸出信號在P1B引腳上輸出。在這很短的間隔內(nèi)，很大的電流（直通電流）可能流過兩個(gè)電源開關(guān)，從而導(dǎo)致半橋供電電源短路。 PWM1CON 寄存器（如圖36所示）中的 PDC6:PDC0位根據(jù)單片機(jī)指令周期設(shè)置延遲時(shí)間（ TCY或 4個(gè)鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 7 TOSC） [13]。這一小節(jié)主要介紹PIC 單片機(jī)中的 A/D 轉(zhuǎn)換的原理以及在本實(shí)驗(yàn)中所需要用到 A/D轉(zhuǎn)換功能的程序設(shè)計(jì)。要使 A/D轉(zhuǎn)換器在休眠狀態(tài)下工作， A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘必須來自于 A/D 模塊內(nèi)部的 RC振蕩器。 ADRESH和 ADRESL寄存器保存 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。在根據(jù)需要配置好 A/D模塊之后，必須在轉(zhuǎn)換開始之前對選定的通道進(jìn)行采樣。 圖 37 10 位 A/D轉(zhuǎn)換器模塊原理框圖 在執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)該遵循以下步驟： A/D 模塊 [17]： (1)通過 ADCON0 寄存器選擇輸入通道。 bit0 為 A/D 轉(zhuǎn)換使能位， 1表示使能，0 表示禁止。 bit3bit0 為 A/D 端口配置控制位，如表 31 所示。該寄存器還提供了自動(dòng)設(shè)定采集時(shí)間的選項(xiàng)。 若 ACQT2:ACQT0=000，則表示選擇手動(dòng)采 集。 在這兩種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)， GO/DONE位被清零、 ADIF 標(biāo)志位被置 1且 A/D 再次開始對當(dāng)前選定的通道進(jìn)行采樣。而每完成一次 10位 A/D轉(zhuǎn)換需要 11個(gè)TAD。這意味著 ADRESH:ADRESL寄存器將仍然保持上一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果（或上一次寫入 ADRESH:ADRESL寄存器的值）。 ：將 ADCON0 寄存器中的 GO/DONE 為置 1。 PID 算法處理模塊 算法原理簡介 [18] 典型 PID 控制的傳遞函數(shù)如式 (1)所示： )11()( )()( sTsTKsX sXsG dipiO ???? (1) 式中： Kp為比例系數(shù)； Ti為積分常數(shù)； Td為微分常數(shù)。 微分環(huán)節(jié) (Differentia1)：能反映偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。 由式 (4)可得控制器第 n1次的輸出量 un1為： 011 2111 )( ueeKeKeKunj nndjinpn ????? ??? ???? (5) 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 13 所以，增量式 PID控制算式如下所示： )2()( 2111 ???? ????????? nnndninnpnn eeeKeKeeKuuu (6) PID算法程序框圖 在開關(guān)電源結(jié)構(gòu)中，開關(guān)電源是通過修改 PWM波占空比改變逆變橋中COOLMOSFET的通斷時(shí)間 ， 從而控制輸出電壓的大小。程序框圖如圖 312所示 。 按鍵處理模塊 通過按鍵實(shí)現(xiàn)設(shè)定電壓的增減，如按一下增加鍵（鍵 1），則設(shè)定電壓值加一伏，但是如果設(shè)定電壓值大于或 是等于 36V 時(shí)，則不在增加；同理，按一下減少鍵（鍵 2），則設(shè)定電壓值減一伏，但是如果設(shè)定電壓值小于或是等于 24V 時(shí)，設(shè)定值將不在減少而是保存原值不變。在此分析電壓中斷服務(wù)子程序。因此，利用數(shù)字濾波技術(shù)能夠有效地對偏差信號 (測量信號 )中的干擾、噪聲進(jìn)行濾波或者對其畸變進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而提高數(shù)字 PID控制算式的精度， 改進(jìn)控制系統(tǒng)的性能。isizeof(ADCBuffer)/2。 ADCBuffer[i]=ADCBuffer[j]。其實(shí)從硬件電路的角度講難度并不是很大，因?yàn)橹饕褪请妷汉碗娏鞯牟杉缓筮M(jìn)行 A/D 的轉(zhuǎn)換，再調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。 在開關(guān)電源中，相對模擬系統(tǒng)而言，數(shù)字系統(tǒng) [22]具有設(shè)計(jì)周期短，易實(shí)現(xiàn)模塊化管理，能夠消除因分立元件引起的不穩(wěn)定和電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識 ,發(fā)現(xiàn) ,提出 ,分析和解決實(shí)際問題 ,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié) ,是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程 .隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在 生活中 可以說得是無處不在。 本文所涉及的是市場占有率最高的是 MCS— 51系列，因?yàn)槭澜缟虾芏嘀?IC 生產(chǎn)廠家都生產(chǎn) 51兼容的芯片。 感謝我的導(dǎo)師給了我莫大的幫助，在她悉心的指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求下，作品和論文順利完成了。在以后的學(xué)習(xí)生活中我會 時(shí)時(shí)敦促自己更加努力，不辜負(fù)師長、親人、朋友對我的期望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)知識的一次能力鍛煉。 最后，感謝在百忙之中抽出時(shí)間參加論文評閱和課題答辯的各位老師，在此致以最衷心的感謝！ 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 21 參考文獻(xiàn) [1] 王小波 .直流開關(guān)電源的數(shù)字控制設(shè)計(jì)及應(yīng)用 [M]. 電子工業(yè)出版社， [2] 常敏慧，申功邁等 .開關(guān)電源應(yīng)用、設(shè)計(jì)與維修 [M]. 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， [3] 何希才 . 實(shí)用開關(guān)電源數(shù)字控制技術(shù) [M]. 電子工業(yè)出版社， [4] 高飛 , 田玉冬 . 36V