【文章內(nèi)容簡介】 化后，開始對(duì)A/D進(jìn)行初始化，當(dāng)A/D初始化完成后，A/D開始轉(zhuǎn)換。具體步驟如下：1. 因?yàn)镾TM32F103RBT6的ADC通道0在端口PA0上，所以我們先要打開 PORTA的時(shí)鐘，將端口PA0設(shè)置為模擬輸入。；2. 在使能ADC1 時(shí)鐘之后進(jìn)行一次ADC1的復(fù)位，緊接著設(shè)置分頻因子，但ADC1的時(shí)鐘要在14 MHz以內(nèi)；3. 上面步驟完成后開始ADC1的模式配置；4. 設(shè)置ADC1 規(guī)則序列的相關(guān)信息；5. 開啟AD轉(zhuǎn)換器，并校準(zhǔn)；6. 讀取ADC轉(zhuǎn)換之后的值。A/D轉(zhuǎn)換工作流程如圖 所示。 A/D轉(zhuǎn)換工作流程圖 液晶顯示子程序本系統(tǒng)采用 8448 的點(diǎn)陣 LCD 作為顯示系統(tǒng)，它能同時(shí)顯示設(shè)定電流值和實(shí)際電流值。液晶工作流程圖如圖 所示。 液晶顯示子程序流程圖 鍵盤子程序在主程序中，對(duì)按鍵的掃描過程可以分為兩個(gè)步驟：首先是 CPU 掃描是否鍵盤上有鍵按下；第二步是識(shí)別上哪一個(gè)鍵被按下。按鍵子程序處理如圖42。，其余行線為低；，以確定哪條列線為0狀態(tài)，若此時(shí)PB15為1，則“K2”鍵按下；若PB14為1，則“K3”鍵按下；若PB13為1，則“K4”鍵按下；若PB12為1，則“K5”鍵按下；（列線）狀態(tài)全部為0，說明PC9行沒有鍵盤按下，CPU繼續(xù)使PC8為1，其余行線為0，再讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，以確定哪條列線為1，從而判斷是哪個(gè)鍵盤按下；，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵盤處理程序。按鍵子程序處理如圖 所示。 鍵盤子程序流程圖 PID算法介紹PID控制是一種包含比例、積分、微分控制方式的控制器，這種控制規(guī)律在實(shí)際中應(yīng)用十分廣泛。PID的特點(diǎn)有：穩(wěn)定性好、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等，正是這些優(yōu)勢(shì)使得PID控制技術(shù)成為工業(yè)的主要控制技術(shù)之一。在實(shí)際中的設(shè)計(jì)中，對(duì)于控制對(duì)象往往不能準(zhǔn)確得到其數(shù)學(xué)模型，無法掌握控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，在這種情況下系統(tǒng)控制的參數(shù)與結(jié)構(gòu)就必須要依靠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與人工經(jīng)驗(yàn)來完成，此時(shí)應(yīng)用PID算法最為適用。即使在不完全了解被控制對(duì)象的工作方式，或是無法利用某種途徑來測(cè)量系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)，往往也采用PID控制算法來整定輸出。在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中PID算法還可分為PD與PI控制技術(shù)。PID控制根據(jù)實(shí)際輸出值和給定值之間的差值作為控制偏差，將比例（P）、積分（I）、微分（D）三個(gè)可調(diào)參數(shù)與偏差通過線性組合來線性地對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)方式。其原理框圖如下圖所示：通常使用的是數(shù)字PID控制器，控制規(guī)律為： (41) (42)KP—比例系數(shù)； TI—積分時(shí)間常數(shù)；k—采樣序號(hào)，k = 0，1，2…； r(k)—第k次給定值；c(k)—第k次實(shí)際輸出值； u(k)—第k次輸出控制量；e(k)—第k次偏差； e(k1)—第k1次偏差；TD—微分時(shí)間常數(shù)； T—采樣周期。一般說來，PID控制器的各個(gè)校正環(huán)節(jié)所起的作用有：比例控制環(huán)節(jié)P：比例控制是一種最為簡便的控制方式，根據(jù)輸出關(guān)系的偏差直接確定輸出的增量，這種方式響應(yīng)快，但僅存在比例控制時(shí)會(huì)使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制環(huán)節(jié)I：通過對(duì)系統(tǒng)偏差的積分作用達(dá)到消弱靜差的目的，提高無差度。積分時(shí)間常數(shù)決定積分作用的強(qiáng)度，其值越小，積分作用越強(qiáng)，反之則越弱。微分控制環(huán)節(jié)D：主要用來改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行提前響應(yīng)，相當(dāng)于增加一個(gè)早期的修正信號(hào)，是系統(tǒng)動(dòng)作更加平穩(wěn)，相應(yīng)地減小調(diào)節(jié)時(shí)間，但微分參數(shù)值過大則會(huì)影響系統(tǒng)的抗干擾性，滯后調(diào)節(jié)時(shí)間。數(shù)字PID控制算法一般可分為增量式PI算法與位置式PD算法。 位置式PID在位置式PID中，計(jì)算機(jī)輸出的u (k) 是直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)動(dòng)作(如閥門)，u(k)的值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如閥門開度)是對(duì)應(yīng)的，故通常稱公式()為位置式PID控制算法。位置式PID算法的缺點(diǎn)是：全量輸出導(dǎo)致每次輸出量都會(huì)同先前的狀態(tài)有關(guān)，在計(jì)算過程中會(huì)涉及到對(duì)先前偏差e(k)的累加，計(jì)算量比較大，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值對(duì)應(yīng)著實(shí)際中的直接輸出控制操作，在某些場(chǎng)合中計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，控制器輸出的大幅度變化會(huì)直接導(dǎo)致被控制對(duì)象的大幅度變動(dòng)，可能會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)生比較嚴(yán)重的工業(yè)事故，造成經(jīng)濟(jì)大量損失。據(jù)此產(chǎn)生了增量式PID控制算法，增量式的輸出不再是直接操作，而是很據(jù)前幾次的偏差變量生成一個(gè)增量△u(k)來控制系統(tǒng)變化。 增量式PID在執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可通過式()推導(dǎo)得出提供增量的PID控制算式。由式()可推出式()，再由式()減去式()可得式()。 ()()式中；；公式()稱之為增量式PID算法，在一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)使用固定的采樣周期T采樣時(shí)，只要設(shè)定好KP、TI 、TD 三個(gè)參數(shù)后，計(jì)算得到三次測(cè)量值的偏差后，就可以通過式()來求出控制量的增量。增量式PID算法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）由算法控制輸出控制量的增量來控制系統(tǒng)輸出變化，誤動(dòng)作時(shí)影響更加小，并且可以通過增加邏輯判斷來限制增量輸出。（2）方便切換，在手動(dòng)到自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的過程中，產(chǎn)生的沖擊量更加小。除此之外，輸出由于具有輸出保持的鎖存功能，使得在故障條件下依然能夠保持原值輸出。（3）控制算法不需要累加。增量△u(k)的大小只與前K次采樣值的數(shù)值有關(guān)，因而系統(tǒng)想要得到更加理想的控制效果可通過加權(quán)處理。但增量式PI算法也存在一定的缺陷：存在靜態(tài)誤差、積分截?cái)嘈?yīng)大等。因此在實(shí)際使用過程中常選擇帶積分分離和死區(qū)方式來改善PID算法。 PID參數(shù)整定PID參數(shù)整定就是調(diào)整KP,KI,KD這三個(gè)參數(shù)。目前PID參數(shù)整定有兩種方法，第一種是通過理論計(jì)算對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定，這種方法主要是建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，然后來確定控制器參數(shù)。第二種是工程整定方法，這種方法主要是根據(jù)在工程中的經(jīng)驗(yàn)來確定控制器參數(shù)。在本系統(tǒng)中采用第二種方法，這種方法易于掌握且方法簡單，廣泛的用在實(shí)際工程中。恒流源需要一個(gè)較高的精度，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，以便更好的控制MOS管的導(dǎo)通量，其原理是根據(jù)偏差的大小，將給定值與實(shí)際測(cè)量值的偏差分別進(jìn)行比例運(yùn)算和積分運(yùn)算，然后把它們的和構(gòu)成連續(xù)信號(hào)，來控制MOS管導(dǎo)通角的增大或者減小，使實(shí)際測(cè)量值趨近于給定值。 (45)本章介紹了軟件設(shè)計(jì)的部分，制作了系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程圖，同時(shí)就其中的初始化單元、A/D、D/A、液晶、鍵盤等模塊做了詳細(xì)的講解。給出了PID算法的具體控制原理，以及PID參數(shù)如何整定。275 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析在本系統(tǒng)中，：序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1萬用表VC8045II12示波器DS1102E13數(shù)字電源APS3003S3D1 系統(tǒng)硬件的調(diào)試在電路設(shè)計(jì)中，硬件電路如何正確調(diào)試是至關(guān)重要的，往往一個(gè)電路的性能以及參數(shù)正確與否都從調(diào)試中驗(yàn)證。在調(diào)試中需要分析在實(shí)際電路中出現(xiàn)的問題，并找到解決方案，最后還要提出系統(tǒng)的優(yōu)化方案。本系統(tǒng)硬件調(diào)試的流程包括以下幾個(gè)方面：1. 各個(gè)芯片的供電電源測(cè)試；2. 液晶顯示測(cè)試；3. 鍵盤掃面測(cè)試；4. 基準(zhǔn)電壓測(cè)試；5. D/A輸出測(cè)試；6．運(yùn)放輸出測(cè)試；7. A/D采集測(cè)試；8. 主電路恒流測(cè)試。第一，需要測(cè)試的是芯片供電電壓，包括+12V、+5V、+，在測(cè)試時(shí)，，這些參數(shù)滿足本系統(tǒng)中各個(gè)芯片的供電要求。第二，需要測(cè)試的是液晶能否正常顯示，在測(cè)試時(shí)，液晶能正常顯示，滿足本系統(tǒng)所需要顯示的內(nèi)容。第三，需要測(cè)試的是能否檢測(cè)到按鍵按下，經(jīng)過多次測(cè)試，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的檢測(cè)到按鍵的狀態(tài)，滿足本系統(tǒng)人機(jī)交互的功能。第四，基準(zhǔn)電壓測(cè)試，基準(zhǔn)芯片LM317供電是由LM7805供電，在調(diào)試中，，對(duì)于本系統(tǒng)要求輸出電流精度的影響非常小，可以忽略不計(jì)，滿足本系統(tǒng)所需要的基準(zhǔn)電壓。第五，D/A轉(zhuǎn)換器輸出測(cè)試，在測(cè)試時(shí)，單片機(jī)能都控制D/A轉(zhuǎn)換器的正確輸出，滿足本系統(tǒng)的要求。第六，運(yùn)放輸出的測(cè)試，運(yùn)放LM358在電路中被設(shè)計(jì)為一個(gè)電壓跟隨器，輸入信號(hào)是D/A轉(zhuǎn)換器的輸出，在測(cè)試時(shí)，輸入等于輸出；運(yùn)放OPA2244在電路中被設(shè)計(jì)為一個(gè)電流采樣反饋電路和一個(gè)采樣電阻電壓放大電路，在測(cè)試時(shí)，反饋電路正常工作，放大電路能正常放大，滿足本系統(tǒng)的要求。第七，A/D轉(zhuǎn)換器的采集測(cè)試，A/D的采樣信號(hào)是運(yùn)放OPA2244的放大電路產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部12位A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在測(cè)試時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部A/D能準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換，滿足本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換精度要求。第八，主電路的恒流測(cè)試可以分為紋波測(cè)試、穩(wěn)定度測(cè)試和靈敏度測(cè)試。其測(cè)試結(jié)果與分析會(huì)在后面介紹。 給定值與輸出電流值的偏差測(cè)試與分析，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；，本系統(tǒng)對(duì)輸出電流測(cè)試三次，并記錄； = 2Ω，給定電流值與輸出電流值的偏差測(cè)試數(shù)據(jù)如表 所示（電流單位：A）。序號(hào)12345678910給定電流ID12345678910輸出電流IL第一次1345679第二次1234578第三次12456788IL平均值|IDIL|ID1%+10ID%+3從上表所測(cè)得數(shù)據(jù)可知，一些元器件受到溫度的影響，會(huì)給系統(tǒng)帶來一定的誤差，但這些誤差是可以通過優(yōu)化電路來減小的。在此次的測(cè)試中為了盡量與實(shí)際相吻合，測(cè)試了三組數(shù)據(jù)，其測(cè)試結(jié)果表明輸出電流的精度可達(dá)千分之一。用Graph軟件繪出恒流源絕對(duì)誤差，如上圖所示。通過分析發(fā)現(xiàn)實(shí)際輸出電流的絕對(duì)誤差曲線處于最下方，滿足本系統(tǒng)誤差精度的要求。隨著給定電流值逐漸變大時(shí)，恒流模塊發(fā)熱較大，引起輸出電流誤差增大。但是由以上數(shù)據(jù)可知，本課題所設(shè)計(jì)的恒流源系統(tǒng)輸出的電流誤差較小。 恒流源紋波的測(cè)試與分析輸出電流中所含高次諧波的交流分量稱為紋波電流。在測(cè)試時(shí)，本系統(tǒng)給出了測(cè)量電流紋波的具體方法，就是通過萬用表來測(cè)量采樣電阻兩端電壓的大小，然后用公式（51）來計(jì)算出本系統(tǒng)的紋波電流大小。 (51)其中Irs表示紋波電流，Urs表示采樣電阻的紋波電壓，Rs表示采樣電阻。本系統(tǒng)在測(cè)試時(shí)，取負(fù)載電阻RL=1，則測(cè)得的數(shù)據(jù)如表52所示 負(fù)載電壓12345678910輸出電流13456