【正文】 PID控制器方框圖 比例積分加微分控制的特點(diǎn)是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成比例，它對克服對象的容量滯后有顯著的效果。(3) 比例加微分控制：控制器傳遞函數(shù)：e(s)U(s)－ PD控制器方框圖微分控制作用具有預(yù)測特性，時間常數(shù)Td就是微分控制作用超前于比例控制作用效果的時間間隔。應(yīng)用時還應(yīng)注意經(jīng)過一段是后需將累計誤差清除。++ =R0u+re_+KpKI/sKDs對象D(s)y 連續(xù)時間PID控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對象的特性和控制的性能要求，靈活地采用不同的控制組合，構(gòu)成：比例（P）控制器 u(t)=比例+積分（PI）控制器 比例+微分（PD）控制器 比例+積分+微分（PID）控制器 式中： ——比例放大系數(shù)；——積分時間；——微分時間。 連續(xù)PID控制系統(tǒng)。在連續(xù)時間控制系統(tǒng)中，PID控制應(yīng)用得非常廣泛。自19世紀(jì)40年代開始以來，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，長期以來，由于其結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用、價格低，在廣泛的過程領(lǐng)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)滿意的控制。單片機(jī)記下低電平產(chǎn)生的IO口，相應(yīng)的執(zhí)行電壓值的加減運(yùn)算。 采樣子程序流程圖 顯示程序的設(shè)計顯示程序的設(shè)計主要是針對LCD1602顯示屏進(jìn)行些代碼，LCD1602能產(chǎn)生202個LCD驅(qū)動波形。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)壓的形式出現(xiàn)，方便了子程序的移植。；， 主程序的設(shè)計主程序主要是根據(jù)外圍電路以及要實(shí)現(xiàn)的功能來編寫代碼，本系統(tǒng)主要以針對電壓的監(jiān)控和調(diào)節(jié)為根本點(diǎn)，根據(jù)要求來編寫程序。另外，還采用MAX531將電壓值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量與電壓的輸出端過程，通過閉環(huán)PID調(diào)壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)。本設(shè)計主要是采用STC89C52單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制核心部件。89C51主要執(zhí)行是發(fā)出控制命令和處理數(shù)據(jù)，其處理的數(shù)據(jù)來自AD7896芯片的采樣電路，將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后一路送到LCD1602顯示屏上顯示。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)圖P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，： P3口特殊功能口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。當(dāng)擴(kuò)充外部存儲器的地址為16位時，P2口作為地址總線的高8位地址使用。 51系列單片機(jī)的介紹STC89C52是宏晶公司的產(chǎn)品，并兼容MCS51微控制器，8K字節(jié)FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程ISP1000次擦寫周期，512字節(jié)片內(nèi)RAM，2KBE2PROM的數(shù)據(jù)FLASH，全靜態(tài)時鐘0Hz到33MHz，三級程序加密，32個可編程IO口，2/3個16位定時/計數(shù)器，6/8個中斷源，全雙工UART，低功耗支持Idle和Powerdown模式， Powerdown模式支持中斷喚醒，看門狗定時器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。C儲存溫度30+80176。 LCD1602的引腳功能序號 符 號 名 稱 功 能 1Vss接地0V 2VDD電路電源5V177。本電路采用液晶顯示屏進(jìn)行顯示。16個時鐘脈沖后，SDATA輸出高阻。當(dāng)CONVST輸入一個負(fù)脈沖，其下降沿將啟動一次轉(zhuǎn)換。VDD輸入同時用作器件的基準(zhǔn)電壓，因而無需外部基準(zhǔn)電壓。它的外圍接線極其簡單，AD7896的轉(zhuǎn)換時間為8μs，采用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行接口輸出和單一電源()供電。再接至AD7896的SCLK端。如果無負(fù)載，把DAC設(shè)為000H，使REFout的內(nèi)部電流最小。MAX531輸入數(shù)據(jù)以16位為一個單元，因此需要兩個寫周期把數(shù)據(jù)存入DAC。在芯片選擇CS為高電平時，SCLK被禁止且DIN端的數(shù)據(jù)不能進(jìn)入D/A，從而Vout處于高阻狀態(tài)。MAX531D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過DIN串行輸入，然后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和運(yùn)放從Vout輸出各種范圍的電壓信號。它具有功耗低、轉(zhuǎn)換頻率快、內(nèi)部帶基準(zhǔn)電壓等特點(diǎn)，能完成12位D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)字輸入為串行。內(nèi)部運(yùn)算放大器根據(jù)需要可配置成＋1或＋2的增益，也可作四象限乘法器。這只是最基本的部分，如果在此基礎(chǔ)上再加上其它電路，那就比較復(fù)雜了。 D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 MAX531芯片介紹設(shè)計測控系統(tǒng)時往往要求提供模擬量輸出通道，用于把信號送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)、記錄儀等外部設(shè)備。在本設(shè)計中采用的是MAX531轉(zhuǎn)換器。+，+1V。硬件去抖動方法主要有利用RS觸發(fā)器和濾波電路。按鍵就是一個簡單的開關(guān)，當(dāng)按鍵按下時，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時，相當(dāng)于開關(guān)斷開。上面討論的整流濾波電路，輸出電壓已較平滑，但卻不穩(wěn)定，當(dāng)用一個不穩(wěn)定的電壓對負(fù)載供電時，會引起負(fù)載工作不穩(wěn)定，甚至不能正常工作。反之，當(dāng)電流減小時，自感電動勢的方向與電流的方向相同，自感電動勢阻止電流的減小，同時將能量釋放出來，使電流減小緩慢，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓脈動大為減小。由于電容C1與負(fù)載電阻R1并聯(lián)，C1的容量越大，整流后所得的脈動電流交流分量的頻率越高，則電容C1的容抗越小，而電阻R1 的阻值與頻率無關(guān)，因此，脈動電流中的交流成分主要通過電容C1而被旁路，R1上的電流和電壓便較為平直了。直到UUc以后，二極管才又導(dǎo)通，電容C1由放電狀態(tài)重新變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，Uc又隨著U上升。 電容與電感濾波電路 交流電壓U的波形，由于電容C1并聯(lián)在負(fù)載電阻R1上，所以電容C1兩端的電壓Uc就是負(fù)載的電壓U0，交流電壓U的波形；假設(shè)，電路接通時，恰恰在電壓U由負(fù)到正過零的時刻，這時二極管開始導(dǎo)通，電壓U通過二極管向電容C1充電，由于二極管的正向電阻很小，所以充電時間常數(shù)很小，電壓Uc將隨著電壓U按正弦規(guī)律逐漸升高，當(dāng)U增大到最大值時，Uc也隨之上升到最大值。 單相橋式整流濾波電路波形圖 濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。在U的負(fù)半周，極性為上正下負(fù)，此時二極管DD4導(dǎo)通，DD3反向截止，電流i的通路是bD2RLD4a。 單相橋式整流電路，它的作用事將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓。完成這一任務(wù)主要靠二級管的單向?qū)щ娮饔谩１驹O(shè)計穩(wěn)壓電源以可調(diào)三端穩(wěn)壓集成電路LM317為基礎(chǔ)() ,。1。 ，R1=JP9，R2=JP11其中R2為調(diào)節(jié)電阻。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。輸入電要最高不能超過40V，輸出電流不超過1A。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。 當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。317系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如LM317HVH、W317L等。整流可通過四個二極管進(jìn)行全波整流，也可以利用集成整流堆來進(jìn)行（同原理）。因?yàn)樵诟叻€(wěn)定電源中，溫度系數(shù)和漂移這兩個關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)的好壞都是由這個因素所決定的。四是元器件因受溫度、濕度等環(huán)境影響而改變性能也會影響穩(wěn)定電源的輸出不穩(wěn)。如果負(fù)載短路，負(fù)載電流會很大，電源的輸出電壓會趨于接近于零，時間一長還會燒壞電源；如果負(fù)載開路，沒有電流流過負(fù)載，輸出電壓就會升高。 系統(tǒng)硬件電路圖 設(shè)計理論實(shí)驗(yàn)室用低壓恒壓源的輸出電量(電壓)，是相對穩(wěn)定而非絕對不變的，它只是變化很小，小到可以在允許的范圍之內(nèi)。 方案三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計本文所設(shè)計的基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓系統(tǒng)，是以89C51單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，以PID算法為調(diào)節(jié)器，采用12位的AD7896轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓數(shù)據(jù)采集和串行控制的12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX531進(jìn)行調(diào)節(jié)，以LCD1602顯示屏顯示電壓值，利用繼電器來選擇接地和電池，便于調(diào)零電位。方案三采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換器都為12位，且實(shí)現(xiàn)了PID的閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，在其精度上滿足了電路的要求。采用軟件方法來解決電壓的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以電壓為核心，利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置輸出電壓調(diào)節(jié)的大小以及步進(jìn)，并可由液晶顯示實(shí)際輸出電壓值。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對恒壓源進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機(jī)分析處理，通過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的數(shù)控電壓源。 方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖方案二：采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。 性能指標(biāo)(1) 輸出電壓范圍為036V；(2) 能夠?qū)崟r顯示輸出電壓和預(yù)置電壓值；(3) ；(4) ； 方案的選擇 方案的論證方案一：以單片機(jī)89C51為核心，通過改變DAC0832的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。系統(tǒng)具有過電壓、過電流保護(hù)功能，當(dāng)輸入電壓過高、輸出電流過大時，系統(tǒng)能自動切斷輸入輸出；如果系統(tǒng)溫度過高，系統(tǒng)能夠發(fā)出聲音和字幕滾動報警，并在限定時間內(nèi)關(guān)斷系統(tǒng)。2 系統(tǒng)設(shè)計方案 系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo) 系統(tǒng)功能根據(jù)設(shè)計要求，實(shí)驗(yàn)室用數(shù)控低壓恒壓源有如下功能特點(diǎn)：(1) 利用微處理器控制的鍵盤和顯示。系統(tǒng)設(shè)計的目的是要用微處理器來替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動旋轉(zhuǎn)電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)，精度要求高。本設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計制作一個基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)控電壓源?？傮w說來，國內(nèi)直流穩(wěn)壓電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快；另一方面，在國家自然科學(xué)基金的資助下和創(chuàng)新指導(dǎo)下，我國電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品；目前國內(nèi)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。具有較高的使用價值。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設(shè)備對數(shù)控電源的性能要求日益提高，數(shù)控電源不斷朝著小型化、模塊化、智能化、高效率、低成本、高可靠性、低電磁干擾方向發(fā)展。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。數(shù)控穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛地應(yīng)用于電子電路、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。Matthew等提出了采用多路D/A分別設(shè)定多路輸出電壓，以及以多路A/D進(jìn)行輸出檢測的微機(jī)數(shù)控電源。前者的電路均采用模擬電路控制，而后者則是通過數(shù)字電路進(jìn)行自動控制。電子設(shè)備電源電壓的不穩(wěn)定，將會引起很多問題，比如：測量儀器的準(zhǔn)確度降低，交流放大器的噪聲增大，直流放大器的零點(diǎn)漂移等等。幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，因此直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用非常的廣泛。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載電流變化時也會隨之有所改變。目前產(chǎn)生直流穩(wěn)壓電源的方法大致分為兩種：一種是模擬方法，另一種是數(shù)字方法。目前，國外直流穩(wěn)壓電源已朝著多功能和數(shù)字化的方向發(fā)展。程控電源可以任意設(shè)定輸出電壓或電流，所有功能由面板上的鍵盤或通過串口通信連接的上位微機(jī)實(shí)現(xiàn)，給電路實(shí)驗(yàn)帶來極大的方便，提高了工作效率。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內(nèi)改變時，困難就較大。目前使用的數(shù)控穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立元件組成，由于體積大、效率低、可靠性差、操作使用不方便、自我保護(hù)功能不夠，因而故障率高。輸出電壓和限定電流采用數(shù)字顯示，輸入采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在我國，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開始形成，到了90年代以來，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時期。目前，全國的電源及其配件的生產(chǎn)銷售企業(yè)有4000家以上，產(chǎn)值有300400億元，但國內(nèi)企業(yè)(著名的如北京大華、江蘇綠揚(yáng)等)銷售的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源大多是代理日本和臺灣的產(chǎn)品，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展，但多限于對輸出顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預(yù)置。然而，數(shù)字控制電壓源卻在這方面突現(xiàn)了優(yōu)勢，數(shù)字控制