【正文】 PIC16F877 單片機(jī)的 ADC 內(nèi)部 結(jié)構(gòu) ● 捕捉模塊 ： PIC16F877 單片機(jī)配置了兩個 CCP（捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制）模塊，即 CCP1 和 CCP2。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 CCP 模塊可工作在 3種模式下：捕捉方式，比較方式和脈寬調(diào)制方式。 ● 定時器 /計數(shù)器模塊 ： PIC16F877 單片機(jī)內(nèi)部配置了 3個定時器 /計數(shù)器，分別記為 TMR0,TMR1,TMR2。 定時器 /計數(shù)器 TMR2 是一個 8 為定時器，其中還包括了一個可編程預(yù)分頻器和一個后分頻器。在 CPU 與被控 IC之間、 IC與 IC 之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率 100kbps。 I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。 CPU向受控單元 發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號， CPU 接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。它的另一優(yōu)點是多主控，只要能夠進(jìn)行接收和發(fā)送的設(shè)備都可以成為主控制器，當(dāng)然多個主控不能同一 時間工作。也是所有基于 SPI 的設(shè)備共有的，它們是 SDI（數(shù)據(jù)輸入）， SDO（數(shù)據(jù)輸出）， SCK（時鐘）， CS（片選）。通訊是通過數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI 是串行通訊協(xié)議，也就是說數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這樣，在至少 8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成 8位數(shù)據(jù)的傳輸。也就是說，主設(shè)備通過對 SCK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。在多個從設(shè)備的系統(tǒng)中，每個從設(shè)備需要獨立的使能信號，硬件上比I2C 系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。單片機(jī)在執(zhí)行程序期間，只要在人工復(fù)位端 MCLR 加入一個低電平信號，就會令其復(fù)位。 一種情況只有在單片機(jī)執(zhí)行程序期間，看門狗發(fā)生 超時溢出，才會引發(fā)單片機(jī)的復(fù)位；而另一種情況對于 PIC16F87X 單片機(jī)而言則不會引發(fā)單片機(jī)的復(fù)位。 工作原理：在系統(tǒng)運行以后也就啟動了看門狗的計數(shù)器，看門狗就開始自動計數(shù)，如果到了一定的時間還不去清看門狗，那么看門狗計數(shù)器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。 ● 中斷模 塊： PIC16F87X 系列單片機(jī)可以接收多達(dá) 14個中斷源。 RB0／ INT 外中斷仍遵守 PIC16F87X 單片機(jī)的中斷原則，當(dāng)有中斷時產(chǎn)生中斷標(biāo)志位，由 CPU 查詢識別中斷。一旦檢測到引腳上出現(xiàn)有效邊沿，就把 INTF 位（ INTCON 的 D1）置 1。 GIE 位的狀態(tài)決定處理器是否在被喚醒后轉(zhuǎn)至中斷矢量。第二種稱為 “ 寬脈沖 ” ，即在 CPU響應(yīng)中斷后引腳電平才恢復(fù)到原始狀態(tài)，恢復(fù)到原始狀態(tài)的過程也產(chǎn)生中斷請求，這種情況就是虛假中斷現(xiàn)象。 控制電路的設(shè)計 在了解了 PIC16F877 這款 單片機(jī)之后，我們將以它為核心，設(shè)計我們所需要的控制電路。數(shù)碼管顯示電壓、電流、時間等信息。 ③ A/D 采樣和 PWM 輸出電路。 ④串口通信接口電路。 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。 它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個參數(shù)（ Kp， Ti 和 Td）即可 。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID 控制技術(shù)。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項 ” 。 微分（ D）控制 ： 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這就是說，在 控制器中僅引入 “ 比例 ” 項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項 ” ，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 簡而言之， PWM 是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。 軟件流程 軟件用 C 語言編寫 ,使用 High2Tech 公司為 PIC 系列單片機(jī)提供的 PICC編譯器。如顯示任務(wù)主要負(fù)責(zé) A/ D 采樣、數(shù)碼管與 L ED 的刷新 ,可每 5 ms 執(zhí)行一次。如果接收到通過按鍵的編程 ,則在按鍵處理中修改 EEPROM 的設(shè)置并復(fù)位。主程序流程如 下 圖所示。是 ,則執(zhí)行該任務(wù) 。 PWM 輸出任務(wù)負(fù)責(zé)按照設(shè)定的值進(jìn)行 PWM 的輸出 ,可以每 50 ms 執(zhí)行一次。在軟件設(shè)計中 ,采用多個任務(wù)的概念 ,可以模擬一個簡單的操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度。 在本次設(shè)計中， 鍵盤輸入是所需要的直流基準(zhǔn)電壓；首先產(chǎn)生一占空比為50%、頻率為 1KHz 的脈沖 (即 PWM 波 )，由它作為 IGBT 驅(qū)動電路的輸入信號，使穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的電壓為檢測電壓，這樣根據(jù) 以下 比例關(guān)系，就可得到所需要的占空比。PWM 信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無 (OFF)。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 27 PWM 波的算法 由于控制直流穩(wěn)壓電源的電壓主要是通過 PWM 信號 的脈寬調(diào)制，所以 PWM技術(shù)對本設(shè)計有著重要的作用。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小， 積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 積分（ I）控制 ： 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 PID 控制器 就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 因此它的傳遞函數(shù)為： G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 基于單片機(jī)高性能可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)總框圖 通過將第二章（ 直流穩(wěn)壓電源的電路分析與主電路設(shè)計 ）和第三章（ 直流穩(wěn)壓電源的控制電路設(shè)計 ）進(jìn)行綜合，我們很容易的可以畫出 基于 PIC單片機(jī) 控制的 直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)總框圖 ，如下： 基于 PIC 單片機(jī) 控制的 直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)總框圖 第 四 章 軟件控制的基本思路 及原理算法 軟件控制的基本思路 采用 C語言進(jìn)行編寫，成寫的程序主體為一個 PID調(diào)節(jié)器，使之對被控對象，即直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓進(jìn)行控制，具體的框圖如下： 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 26 PID 控制模塊 的原理算法 PID（比例 積分 微分）控制器作為最早實用化的控制器已有 50 多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。當(dāng)前電流電壓設(shè)定值通過由單片機(jī)內(nèi)部的 CCP 模塊產(chǎn)生的兩路 PWM 信號來給電源模塊提供一個參考值。 PIC 單片機(jī)的 I/O 能夠直接驅(qū)動數(shù)碼管和 LED。采用暫觸式開關(guān)輸入 ,使用電阻電容去抖。 外加電源與重置電路 ： PIC16F877 的工作電壓為 5V，連接 Pin11 與 Pin32， Pin12 與 Pin31 為地線接腳；重置電路連接 Pin1，按下 Reset 后，內(nèi)部指令重頭開始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運作。其中斷可以通過對 TOIE位進(jìn)行設(shè)置來控制該中斷是否開放。 為了防止錯誤的死循環(huán)執(zhí)行同一個中斷，在重新開放這個中斷之前必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對 INTF 位清 0。 RB0／ INT 引腳上的外部中斷由邊沿觸發(fā)，既可以是上升沿，也可以是下降沿，這由選擇寄存器 OPTION_REG 的 INTEDG 位（ D6）決定。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 PIC16F87X 系列的中斷包含： TMR0 溢出中斷（ TOIF）、外部中斷（ INTF）、端口 B 變化中斷（ RBIF）、并行從動端口中斷（ PSPIF）、 A／ D 變換中斷、 USART 異步接收中斷（ RCIF）和異步發(fā)送中斷（ TXIF）、同步串行端口中斷（ SSPIF）、 CCP1中斷（ CCPIIF）、 TMR2 中斷（ TMR2IF）、 TMR1 中斷、 CCP1 中斷（ CCP2）、 E2PROM寫中斷（ EEIF）、總線碰撞中斷（ BCLIF）。 硬件看門狗是利用了一個定時器，來監(jiān)控主程序的運行，也就是說在主程序的運行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說 PC 指針不能回來。 為了滿足上述人工復(fù)位的需要，通常單片機(jī)都設(shè)置一個外接復(fù)位引腳，來接收外部輸入的人工復(fù)位信號。 4．看門狗復(fù)位 不論何種原因，只要沒有對看門狗定時器 WDT 周期性清 0， WDT 就會出現(xiàn)超時溢出，也就會引發(fā)單片機(jī)復(fù)位。 ● 復(fù)位系統(tǒng)模塊： PIC16F877 系列單片機(jī)的復(fù)位功能設(shè)計得比較完善，引起單片機(jī)內(nèi)部復(fù)位的條件和原因可以大致歸納成以下 5 種． 1．上電復(fù)位 每次單片機(jī)加電時，上電復(fù)位電路都要對電源電壓 VDD 的上升過程進(jìn)行檢測，當(dāng) VDD 值上升到規(guī)定值 ～ 時，就產(chǎn)生一個有效的復(fù)位信號，需經(jīng)過72ms 加 1024 個時鐘周期的延時，才會使單片機(jī)復(fù)位。不同的 SPI 設(shè)備的實現(xiàn)方式不盡相同，主要是數(shù)據(jù)改變和采集的時間不同，在時鐘信號上沿或下沿采集有不同定義，具體請參考相關(guān)器件的文檔。同樣，在一個基于 SPI 的設(shè)備中，至少有一個主控設(shè)備。數(shù)據(jù)輸出通過 SDO 線，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接 著的下降沿或上升沿被讀取。這就允許在同一總線上連接多個 SPI 設(shè)備成為可能。任何時候時鐘信號都是由主控器件產(chǎn)生。 這些信號中，起始信號是必需的，結(jié)束信號和應(yīng)答信號，都可以不要。 結(jié)束信號： SCL 為高電平時， SDA 由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 CPU 發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路， 確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。 MSSP 模塊是用來與其他外圍芯片或其他單片機(jī)芯片進(jìn)行通信的串行接口，其工作方式用兩種：串行芯片接口（ SPI）和芯片間總線（ I2C）。 定時器 /計數(shù)器 TMR0 是 3 個同類模塊中最常用的器件，與定時器 /計數(shù)器TMR0 相關(guān)的寄存器一共有 4 個，分別為累加計數(shù)寄存器 TMR0 選項寄存器OPTION_REG，中斷控制寄存器 INTCON 和端口 RA方向寄存器 TRISA。 比較方式是指將事先設(shè)定好的值與定時器方式或同步計數(shù)方式下的值相互比較，當(dāng)兩個值相等時，產(chǎn)生中斷并驅(qū)動事先設(shè)定好的動作。兩個模塊的結(jié)構(gòu)，功能，操作方法基本一樣，區(qū)別僅在于它們各自有獨立的外部引腳和特殊事件觸發(fā)器。 單片機(jī)復(fù)位強(qiáng) 制所有寄存器復(fù)位到它們的復(fù)位狀態(tài)，強(qiáng)制關(guān)閉 A/D 轉(zhuǎn)換模塊和進(jìn)行的轉(zhuǎn)換。這種允許執(zhí)行的睡眠指令，可以消除在轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的所有數(shù)字開關(guān)噪聲。這個作為模擬輸入的端口引腳必須有它們的相應(yīng)位 TRIS 置 1（輸入）。 32 TOSC； 所推薦的最大模擬源阻抗是 101kω ，在模塊輸入通道被選擇后轉(zhuǎn)換可以開始之前采集必須通過。 PIC16F877 屬于內(nèi)嵌 功能較多的單片機(jī)，除了 CPU、 POM、 RAM、 I/O 等基本構(gòu)造外，還包括以下各種功能，簡介如下： ● 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 模塊 ： PIC16F877 單片機(jī)的 ADC 內(nèi)部機(jī)構(gòu)如下圖所示。端口 C 的 8 個引腳 RC0～ RC7 分別通過 8 只電阻（起限流作用）與發(fā)光二極管相連，從而控制發(fā)光二極管的點亮和熄滅。 ● 端口 C、 D、 E 的功能與端口 A 的功能類似，出具有通用的輸入 /輸出功能外，還與某些外圍功能模塊共享引腳。當(dāng)作為一般數(shù)據(jù)輸入 /輸出時， TRISA 寄存器用來設(shè)定該引腳為輸入 /輸出，且每個引腳可以單獨作為輸入 /輸出使 用。 PIC16F877 是由 Microchip 公司所生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，屬于 PICmicro 系列單片微機(jī)，具有 Flash program 程序內(nèi)存功能，可以重復(fù)燒錄程序，適合教學(xué)、開發(fā)新產(chǎn)品等用途；而其內(nèi)建 ICD(In Circuit Debug)功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或產(chǎn)品上，進(jìn)行如暫停微處理器執(zhí) 行、觀看緩存器內(nèi)容等，讓使用者能快速地進(jìn)行程序除錯與開發(fā)。根據(jù) IGBT 管壓降隨集電極電流的增加而增加的特性，EXB841 的內(nèi)部采用集電極和發(fā)射極之間電壓識別法進(jìn)行過電流保護(hù)。 IGBT 導(dǎo)通時的飽和壓降比 MOSFET 低而和GTR