【正文】 所以，此時(shí)在燈管上供以恒定電壓會(huì)使其不穩(wěn)定的，電流值可能增大到使燈管降低使用壽命甚至損壞。若使用穩(wěn)壓電源對(duì)其供電，電磁鐵線圈工作時(shí)發(fā)熱等原因會(huì)使其阻值改變，進(jìn)而使供電 5 電流變化，導(dǎo)致磁場(chǎng)不穩(wěn)定?？傮w來說，國(guó)內(nèi)直流恒流源技術(shù)相對(duì)落后，面對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。 有校準(zhǔn)功能，可以用儀器校準(zhǔn) 輸出 電流 ； 5. 能夠 聯(lián)網(wǎng)控制，加入串口通信功能。 10 降壓型變換器有兩種基本工作方式，一種是電感電流處于連續(xù)的工作模式；一種是電感電流處于斷續(xù) 的工作模式，還有一種是電感電流處于臨界 連續(xù) 模式 。 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 分別將 圖 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（ RL 電路）上，如圖 所示。 以微 型計(jì)算機(jī)作為控制器。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。 PID 控制器 （ 1）模擬 PID 控制規(guī)律的離散化 表 21 模擬 PID 控制規(guī)律 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( （ 2）數(shù)字 PID 控制器的差分方程 ? ?000)()()()1()()()()(unununuuneneTTieTTneKnuDIPniDIP??????????? ????? ?? （ 23） 式中 )()( neKnu PP ? 稱為比例項(xiàng) 21 ???niIPI ieTTKnu0 )()( 稱為積分項(xiàng) ? ?)1()()( ??? neneTTKnu DPD 稱為微分項(xiàng) （ 3） 常用的控制方式 1） P控制 0)()( ununu P ?? （ 24） 2） PI控制 0)()()( unununu IP ??? （ 25） 3） PD控制 0)()()( unununu DP ??? （ 26） 4） PID 控制 0)()()()( ununununu DIP ???? （ 27） （ 4） PID 算法的兩種類型 1）位置型控制 ? ? 00 )1()()()()( uneneTTieTTneKnu niDIP ??????? ????? ?? （ 28） 2）增量型控制 ? ? ? ?)2()1(2)()()1()()1()()(?????????????neneneTTKneTTKneneKnununuDPIPP （ 29） 本章小結(jié) 本章主要討論了恒流源的工作原理、常見的開關(guān)型電源、 PID 控制算法和 PWM調(diào)制方式在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式上的分析，確定了系統(tǒng)的總體方案，對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行了分析。并且 AVR 單片機(jī)具有 ISP（ In System Programming）功能。 27 D/ALM24810uF15VDAC_OUT10uF+15V 圖 D/A輸出原理圖 D/A 轉(zhuǎn)換器采用 MAX5在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂 直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。模塊的同步時(shí)鐘線（ SCLK）具有獨(dú)立的操作，但是當(dāng)有連續(xù)多個(gè)指令需要被傳輸，必須確實(shí)等到一個(gè)指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料，因?yàn)槟K內(nèi)部并沒有傳送 /接收緩沖區(qū)。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2～ 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳輸距離最大為約15m，最高速率為 20kbps。 38 第四章 軟件程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)采用 C 語言 ,對(duì) ATmega16L 進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種功能。 初 始 化顯 示 設(shè) 定 值是 否 有 鍵 按 下 ？按 鍵 結(jié) 束產(chǎn) 生 Ｐ Ｗ Ｍ 波 匹 配 值輸 出 Ｐ Ｗ Ｍ 波Ａ Ｄ 采 樣顯 示 實(shí) 際 輸 出 值輸 出 值 與 設(shè) 定 值是 否 相 等 ？產(chǎn) 生 新 的 Ｐ Ｗ Ｍ匹 配 值ＹＮＹＹＮＮ 圖 PWM調(diào)制 子程序 流程圖 45 總 結(jié) 本文在了解數(shù)字電源的相關(guān)概念和理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 AVR 的數(shù)字恒流電源，理論上分析了數(shù)字 PWM 的調(diào)制方法，硬件系統(tǒng)則借鑒了低壓大電流多相 Buck 型 DC／ DC 變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，軟件部分討論并分析了數(shù)字 PID 控制算法在開關(guān)電源中的實(shí)際應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)了電流恒流控制器系統(tǒng)的基本功能。 盡管這樣，我還是不得不承認(rèn)自己所學(xué)、能用的知識(shí)太少，因此作出的文章有很大的局限性，不專業(yè)或是過多引用別人的理論，在這里需要特別強(qiáng)調(diào)。 46 致 謝 四年的學(xué)習(xí)生涯，對(duì)于我來說，是一段充實(shí)而又難忘的時(shí)光。而逐步逼近過程中的 實(shí)際值不 39 送顯示因此減少了實(shí)際顯示值的不穩(wěn)定。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，計(jì)算機(jī)的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，采用專用芯片MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。模塊的同步時(shí)鐘線（ SCLK）具有獨(dú)立的操作，但 是當(dāng)有連續(xù)多個(gè)指令需要被傳輸，必須確實(shí)等到一個(gè)指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料，因?yàn)槟K內(nèi)部并沒有傳送 /接收緩沖區(qū)。 LCD 液晶顯示模塊 DB411DB512DB613DB714PSB15NC16DB07DB18LEDK19LEDA20VSS1VDD2V03RS4R/W5E6/RST17VEE18DB29DB31012864*12864+5VLCD_ENLCD_R/W+5VLCD_RS 圖 LCD顯示電路原理圖 31 本系統(tǒng)采用 LCM12864 圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊作為主站的顯示界面。SCLK 為串行時(shí)鐘線接口 , 為片選信號(hào)輸入口，低電平有效，為復(fù)位信號(hào)輸入線，低電平有效。為了保證采樣電阻盡可能不受輸出電壓變化的影響，單獨(dú)采用 /10W采樣電阻進(jìn)行電壓反饋。此外，如果上位 PC 機(jī)有請(qǐng)求，能通過串口接口電路與 PC 機(jī)進(jìn)行通信。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋 ( Negative Feedback)，本系統(tǒng)即采用了閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 16 圖 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，正弦半波 N 等分，看成 N個(gè)相連的脈 沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 Boost 三種工作狀態(tài)等效電路 圖 （ a） VT1導(dǎo)通等效電路 圖 （ b） VT1 截止等效電路 圖 （ c） VT1 關(guān)斷電感電流為零 極性反轉(zhuǎn)升降壓（ Buck— Boost）變換器 13 極性反轉(zhuǎn)型 (Buck— Boost)變換器主電路所用元器件與 Buck、 Boost 變換器相同，由開關(guān)管 VT儲(chǔ)能電感 L整流二極管 VD1 及濾波 電容 C1 等元器件組成。 圖 （左為理想電流源，右圖為實(shí)際電流源） 1O L OO S S S OOOLLR R RV I I I RRRRR? ? ?? ? 而在電路中： ( 0RRL ?? 電源外特性曲線呈陡降式接近恒流源 。目前，制作功耗較大、穩(wěn)定 性低、抗干擾能力弱的模擬恒流源的技術(shù)已經(jīng)成熟，而高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、多級(jí)可調(diào)的數(shù)控恒流源的研制尚處于發(fā)展過程階段。電真空器件恒流源主要由鎮(zhèn)流管構(gòu)成，鎮(zhèn)流管具有穩(wěn)定電流的功能，多用于交流電路，因此常被用來穩(wěn)定電子管的燈絲電流，使用方法為將鎮(zhèn)流管和負(fù)載串聯(lián)，即可構(gòu)成直接調(diào)整型恒流源。其公式 : EH = KH I B , 式中 : EH 為霍爾電勢(shì) (mV) 。其次是穩(wěn)定電壓的能力極差，無法保證通過 LED 電流不超過其正常工作要求，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)都會(huì)采用降低 LED 兩端電壓來供電驅(qū)動(dòng)，這樣 會(huì)使 LED 亮度降低。 I 數(shù)字式恒流電源的研究 摘 要 本設(shè)計(jì)以 AVR 單片機(jī)為核心，通過 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換、 DC/DC 變換及 PID 算法利用 PWM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度的，電流輸出范圍為 20mA～ 2020mA 的數(shù)控直流電流源。 這樣 的 LED 恒流源方式存在極大缺陷，首先是效率低，在降壓電阻上消耗大量電能，甚至有可能超過 LED 所消耗的電能，且無法提供大電流驅(qū)動(dòng)， 因?yàn)殡娏髟酱?，消耗在降壓電阻上的電能就越大?因此 很多產(chǎn)品的 LED 不 可以 采用并聯(lián)方式， 而 采用串聯(lián)方式降低電流。例如 :霍爾式壓力傳感器的電源就使用恒流源。 恒流電源的發(fā)展過程 恒流電源從誕生開始到現(xiàn)在發(fā)展是比較迅速的，同時(shí)具有廣泛的應(yīng)用，依據(jù)核心器件的發(fā)展其發(fā)展大致可分為三個(gè)階段，分別為第一階段的電真空器件恒流源；第二階段的晶體管恒流源以及現(xiàn)在的集成電路恒流源。 進(jìn)入 2l 世紀(jì)后，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字恒流源已經(jīng)成為恒流源由模擬恒流源向未來進(jìn)步的一個(gè)方向，特別是成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)給予了數(shù)字恒流源更大的發(fā)展空間。理想恒流源的外特性是一條垂直于橫坐標(biāo)電流軸的直線。 12 圖 升壓型（ Boost）變換器原理圖 有兩種基本工作方式：電感電流連續(xù)模式和電感電流斷續(xù) 工作 模式。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各 i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 閉環(huán)控制系統(tǒng) (closedloop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量 )會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。如果發(fā)生過熱現(xiàn)象， AVR 系統(tǒng)能驅(qū)動(dòng)溫度保護(hù)電路工作。根據(jù)輸出電流范圍（ 200mA～ 2A）和輸出直流電壓小于 15V 的要求，我們采用可調(diào) 2k /2W 的負(fù)載電阻。其中 DOUT 為串行數(shù)據(jù)輸出口， DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入口，發(fā)送和接受 16 位數(shù)據(jù)。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。在片選 CS 設(shè)為高電位時(shí)，同步時(shí)鐘線（ SCLK）輸入的訊號(hào)才會(huì)被接收，另一方面，當(dāng)片選（ CS）設(shè)為低電位時(shí)，模塊的內(nèi)部串行傳輸計(jì)數(shù)與串行資料將會(huì)被重置。 35 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。如果輸出值與設(shè)定值仍然不一致，再將差值和設(shè)定值相加送 D/A轉(zhuǎn)換，以逐步逼近的形式使實(shí)際值和 設(shè)定值相一致后通過 LED 把穩(wěn)定的實(shí)際值顯示出來。進(jìn)一步熟悉了設(shè)計(jì)所需要具有計(jì)算機(jī)和單片計(jì)算機(jī)軟硬件開發(fā)條件的環(huán)境。希望老師給予批評(píng)和指正，在這里我將虛心接受老師的教誨。全文主要工作包括以下幾個(gè)方面： (1)研究了開關(guān)電源中的數(shù)字 PWM 的各種調(diào)制方式，對(duì)比了 數(shù)字和模擬實(shí)現(xiàn)方式的特性異同點(diǎn)，為后文中實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源數(shù)字控制提供了理論依據(jù)。軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì) A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器的控制。 簡(jiǎn)介 RS232用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與 TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)規(guī)定不通，因此要用 RS232 總線進(jìn)行串行通信時(shí)需外接電路以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。從一個(gè)完整的串行傳輸流程來看，一開始先傳輸起始位，它需先接收到五個(gè)連續(xù)的“ 1”（同步位串） 在起始位元組，此時(shí)傳輸計(jì)數(shù)將被重置并且串行傳輸將被同步，再跟隨的二個(gè) BIT 分別指定傳輸方向位（ RW）及暫存器選擇位（ RS），最后第八位則為“ 0”。這樣，一個(gè)端口（如 P1口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能