【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)主要分為主電路與控制電路。其中主電路包括：采用二極管組成。壓斬波電路即穩(wěn)壓電路；電容濾波電路。斷控制；單片機(jī)通過(guò)反饋電壓與所需基準(zhǔn)電壓比較調(diào)制PWM波，即改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)高性能可調(diào)直流穩(wěn)壓.件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響電器的工。作性能和使用壽命。所以在當(dāng)今人們的生活中他已經(jīng)開(kāi)始扮演著一個(gè)非常重要的。電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電。源相仿，但功率晶體管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。65%~70%，而線性電源的效率只有30％~40％。因此，用工作頻率為20kHz的PWM. 源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為20kHz革命。隨著超大規(guī)模集成。芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微。源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精。際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。制控制IC和MOSFET構(gòu)成。關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止。

　　

【正文】 0。如果 INTE 位在進(jìn)入休眠狀態(tài)之前已被置 1，INT 中斷可以喚醒在休眠狀態(tài)下的 CPU。 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。 當(dāng)定時(shí)器 TIMER0 的計(jì)數(shù)器 TMR0 計(jì)滿(mǎn)溢出（即由 FFH 變成 00H）時(shí)，硬件將自動(dòng)把 TGIF位置 1。其中斷可以通過(guò)對(duì) TOIE位進(jìn)行設(shè)置來(lái)控制該中斷是否開(kāi)放。 當(dāng) CPU 響應(yīng) RB RB4 中斷時(shí)，就有兩種情況產(chǎn)生：第一種稱(chēng)為 “ 短脈沖 ” ，即在 CPU 響應(yīng)中斷期間引腳電平恢復(fù)到原始狀態(tài)，對(duì)這種情況 CPU 不會(huì)產(chǎn)生虛假中斷現(xiàn)象。第二種稱(chēng)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(guò)程也產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，這種情況就是虛假中斷現(xiàn)象。 在端口 B 的 D7～ D4 引腳上一旦有電平變化就把 RBIF 位置 1，這個(gè)中斷可以通過(guò)對(duì) RBIE 位進(jìn)行設(shè)置來(lái)控制該中斷是否開(kāi)放。 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(kāi)始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運(yùn)作。 PIC16F877 指令簡(jiǎn)介 ： PIC16F877 常用的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言與 C語(yǔ)言?xún)煞N，匯編語(yǔ)言是將每一個(gè)機(jī)器 碼使用一個(gè)文字代號(hào)代表，比較接近處理器真正動(dòng)作模式；而 C語(yǔ)言是比較符合 人們的使用習(xí)慣，事先將匯編語(yǔ)言組合成 C語(yǔ)言形式，使用較為方便，但是 C 語(yǔ)言所組譯的機(jī)器碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購(gòu)買(mǎi)。 控制電路的設(shè)計(jì) 在了解了 PIC16F877 這款 單片機(jī)之后，我們將以它為核心，設(shè)計(jì)我們所需要的控制電路。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 單片機(jī)控制模塊結(jié)構(gòu)框圖 如上圖所示， 單片機(jī)控制系統(tǒng)的 接口電路 主要有以下 4個(gè)： ①按鍵接口電路。采用暫觸式開(kāi)關(guān)輸入 ,使用電阻電容去抖。 ②數(shù)碼管及 LED 顯示電路。數(shù)碼管顯示電壓、電流、時(shí)間等信息。 LED 指示當(dāng)前顯示的參數(shù)種類(lèi)。 PIC 單片機(jī)的 I/O 能夠直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和 LED。按鍵輸入和顯示接口電路如 下 圖所示。 ③ A/D 采樣和 PWM 輸出電路。 A/D 負(fù)責(zé)采樣輸出 電壓電流并送到數(shù)碼管顯示。當(dāng)前電流電壓設(shè)定值通過(guò)由單片機(jī)內(nèi)部的 CCP 模塊產(chǎn)生的兩路 PWM 信號(hào)來(lái)給電源模塊提供一個(gè)參考值。單片機(jī)內(nèi)部的 CCP 模塊可以設(shè)置成 PWM 輸出模式 ,通過(guò)寫(xiě)周期寄存器和脈寬寄存器的 值就可由硬件產(chǎn)生不同頻率和占空比的 PWM 波形。 ④串口通信接口電路。串口通信接口電路采用 MAX232 芯片作為 RS232 收發(fā)器。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(guò)將第二章（ 直流穩(wěn)壓電源的電路分析與主電路設(shè)計(jì) ）和第三章（ 直流穩(wěn)壓電源的控制電路設(shè)計(jì) ）進(jìn)行綜合，我們很容易的可以畫(huà)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(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，成寫(xiě)的程序主體為一個(gè) PID調(diào)節(jié)器，使之對(duì)被控對(duì)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(jì) (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(shí)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。 PID 控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成 為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。其輸入e (t)與輸出 u (t)的關(guān)系為 u(t)=kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中積分的上下限分別是 0和 t。 因此它的傳遞函數(shù)為： G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)。 其中 kp為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)； TD 為微分時(shí)間常數(shù) 。 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(gè)參數(shù)（ Kp， Ti 和 Td）即可 。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。 PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID 控制技術(shù)。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。 PID 控制器 就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例（ P）控制 ： 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 積分（ I）控制 ： 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。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(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小， 積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)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。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（ D）控制 ： 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。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。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。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在 控制器中僅引入 “ 比例 ” 項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，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)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(guò) PWM 信號(hào) 的脈寬調(diào)制，所以 PWM技術(shù)對(duì)本設(shè)計(jì)有著重要的作用。 PWM 波形分段 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器 的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 簡(jiǎn)而言之， PWM 是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿(mǎn)幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú) (OFF)。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足 夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。 在本次設(shè)計(jì)中， 鍵盤(pán)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(dòng)電路的輸入信號(hào)，使穩(wěn)壓電路產(chǎn)生的電壓為檢測(cè)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。 PIC16F877單片機(jī)通過(guò)反饋電壓與所需基準(zhǔn)電壓比較調(diào)制 PWM波，即改變 PWM波的占空比， 從而輸出可調(diào)控的直流穩(wěn)定電壓。 軟件流程 軟件用 C 語(yǔ)言編寫(xiě) ,使用 High2Tech 公司為 PIC 系列單片機(jī)提供的 PICC編譯器。系統(tǒng) 上電時(shí) ,單片機(jī)讀出非易失性存儲(chǔ)器 ( EEPROM)中上次設(shè)置參數(shù) ,進(jìn)行電流電壓輸出。在軟件設(shè)計(jì)中 ,采用多個(gè)任務(wù)的概念 ,可以模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度。由定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè) 5 ms 的中斷 ,在中斷程序中激活各個(gè)任務(wù)的標(biāo)志。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。鍵盤(pán)處理任務(wù)負(fù)責(zé)按鍵的掃描、軟件去抖、鍵盤(pán)命令的解釋上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 和掃行 ,可每 10 ms 執(zhí)行一次。 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。如果有 PC機(jī)或其 他電源通過(guò)串口編程 ,單片機(jī)將在 UART 中斷中接收編程數(shù)據(jù) ,接收完改寫(xiě) EEPROM 中設(shè)置并強(qiáng)行復(fù)位。如果接收到通過(guò)按鍵的編程 ,則在按鍵處理中修改 EEPROM 的設(shè)置并復(fù)位。程序主流程則掃描各個(gè)任務(wù)是否到時(shí)間執(zhí)行。是 ,則執(zhí)行該任務(wù) 。否則 ,跳過(guò)該任務(wù)。主程序流程如 下 圖所示。 主程序流程圖 主程序 初始化 PIC16F877等， 設(shè)置鍵盤(pán)中斷向量 開(kāi)中斷等待鍵盤(pán)輸入 有無(wú)中斷 中斷服務(wù)子程序 有 無(wú) 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 中斷服務(wù)程序流程圖 關(guān)中斷 從可編程鍵盤(pán)中讀取數(shù)據(jù) 檢測(cè)電壓與基準(zhǔn)電壓比較 是否 相等 調(diào)整 PWM波的占空 比 否 是 寫(xiě)入可編程鍵盤(pán) 控制字，驅(qū)動(dòng)顯示 開(kāi)中斷 中斷返回 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 參考文獻(xiàn) [1] 黃俊 ,王兆安 .電力電子變流技術(shù)（第四版） .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. 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