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畢業(yè)設計-數(shù)控恒流源的設計(參考版)

2024-12-05 17:47本頁面
  

【正文】 蘭州工業(yè)高等??茖W校畢業(yè)論文 34 參考文獻 [1] 求是科技 編著 .單片機典型模塊設計實例導航 [M] .北京:人民郵電出版社, 2021. [2] 宋浩,田豐 . 單片機原理及應用 [M] .北京:北京交通大學出版社, 2021. [3] 吳志祥,徐磊,方曉毅,彭穎 . 數(shù)控恒流源設計 [J]. 常州工學院電子信息與電氣工程學院 ,江蘇常州 21300 [4] 李朝青.單片機原理及接口技術 [M].北京:北京航空航天大學出版社, 1994 [5] 高恭嫻 ,聶睿瑞 . 一種基于單片機最小系統(tǒng)的數(shù)控直流電源設計 [J]. 南京信息職業(yè)技術學院江蘇南京 210046 [6] 王順棋 .穩(wěn)壓電源設計 [M].北京:國防工業(yè)出版社, [7] 趙學泉,張國華 .電源電路 [M].北京:電子工業(yè)出版社, [8] 何燕飛 .恒流源綜述 [J].湖南城市學院物理與電子科學系 ,湖南益陽 413049 [9] 熊建 .數(shù)控恒流源的設計與實現(xiàn) [J].成都電子機械高等??茖W校 ,四川成都 610031 [10] 楊振江 .A/D, D/A 轉換器接口技術 [M].西安:西安電子科技大學出版社, 1996 蘭州工業(yè)高等??茖W校畢業(yè)論文 35 附錄 A 總電路圖 S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15D1 D2 D3 D4abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS1AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS2AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS3AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS4AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS5AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS6AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS7AMBERCCabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpDS8AMBERCCR1310kDOUT24SEFD23SEGDP22SEGF21SEGC20V+19ISET18SEGG17SEGB16SEGF15SEGA14CLK13LOAD12DIG111DIG510GND9DIG78DIG37DIG26DIG65GND4DIG43DIG02DIN1U1 MAX7219P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45p1.56p1.67p1.7。還有教過我的所有老師們,你們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣;你們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 首先誠摯的感謝我的論文指導老師劉老師。因此,如何把數(shù)字技術和智能化技術用于制作高穩(wěn)定度的恒流源就將成為 21 世紀的新課題。進入 21 世紀,隨著信息技術一日千里的發(fā)展,恒流源也必將經(jīng)歷由模擬恒流源向數(shù)字恒流源過渡的這一歷程??刂圃隽?Δu(k)的確定僅與最近 3 次的采樣值有關,容易通過加權處理獲得比較好的控制效果; (2)計算機每次只輸出控制增量,即對應執(zhí)行機構位置的變化量,故機器發(fā)生故障時影響范圍小、不會嚴重影響生產(chǎn)過程。并 能步進 +、 2mA,紋波電流也很小,精度和穩(wěn)定度都比較高。具體的研究成果和結論如下: ,具體包括 A/D、 D/A 轉換電路的設計,鍵盤輸入及輸出顯示等。 鍵盤中斷 中斷返回 保護現(xiàn)場 消抖延時 求取鍵號 恢復現(xiàn)場 有鍵按下 N Y 蘭州工業(yè)高等??茖W校畢業(yè)論文 31 顯示中斷 送顯示 保護現(xiàn)場 清空顯示指針 顯示暫存指針加 1 恢復現(xiàn)場 顯示完八位 N Y 中斷返回 圖 44 顯示中斷子程序流程圖 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)論文 32 第 5 章 總結 本文結合各種新技術設計出一種基于單片機芯片 AT89S52 的數(shù)控直流恒流源。 圖 42 主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 開中斷 掃描鍵盤 有鍵按下 設置處理 步進 +處理步進 +處理理 確認處理 數(shù)字處理 調(diào)用顯示中斷子程序 步進 處理步進 +處理理 N Y 蘭州工業(yè)高等??茖W校畢業(yè)論文 30 圖 43 鍵盤中斷子程序流程圖 顯示中斷子程序 本系統(tǒng)采用定時中斷 0 來實現(xiàn)逐位動態(tài)顯示,每位顯示間隔固定為 2ms,使 LED輸出非常穩(wěn)定,無法考慮定時刷新顯示,使得該顯示子程序簡單靈活,適用性廣。 根據(jù)設定值、校正等參數(shù)計算對應輸出的數(shù)字量,再進行閉環(huán)反饋調(diào)整。然后判斷設定鍵、校準鍵是否按下, 在檢測到有鍵按下時,執(zhí)行一個延時程序后,再確認該鍵電平是否保持閉合狀態(tài)電平。當啟動鍵按下后,根據(jù)設定值 、校正等參數(shù)計算對應輸出的數(shù)字量,再進行閉環(huán)反饋調(diào)整,如圖 42 所示。 軟件流程圖 主程序流程圖 在系統(tǒng)加電后,主程序首先完成系統(tǒng)初始化,其中包括 A/D、 D/A、串行口、中斷、定時 /計數(shù)器等工作狀態(tài)的設定,給系統(tǒng)變量賦初值,顯示上次設定值等。把式 (45)和式 (46)相減,得到: u (n )= u (n )u (n 1 )? = ( ) ( 1 ) ( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2 )e n e n I e k n D e n e n e nPK K K? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ( 47) 增量式控制雖然只是算法上作了一點改進,卻帶來了不少優(yōu)點: (1)算式中不需要累加。由此產(chǎn)生了增量式 PID 控制的控制算法。 由于 PID 控制最初用在閥門和電機控制中,而式 (44)的輸出值與閥門開度的位置一一對應,因此,通常把式 (44)稱為位置 PID 的位置控制式。 根據(jù)遞推原理,可寫出 (n1)次的 PID 輸出表達式: ? ?!!!11( 1 ) ( ) ( 1 ) ( 2 )( 1 )nr n rDP I nTTe n e i e n e nu n K ???? ???? ?? ??????? ? ? ? ? ??? ? ( 45) 用式 (44)減去式 (45),可得 ( ) ( 1 ) ( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2 )( ) ( 1 ) DP e n e n n e n K e n e n e nu n u n K ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ( 46) 式中, IPITKKT? 為積分系數(shù); DD PTKKT? 為微分系數(shù)。因此,用式 (44)直接進行控制很不方便。 由式 (44)可以看出,要想計算 u(n),不僅需要本次與上次的偏差信號 e(n)和 e(n1),而且還要在積分項把歷次的 偏差信號 e(i)進行相加,即 ∑e(i)。 U0 是偏差為零時的初值。積 分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) T, T 越大,積分作用越弱,反之則越強。 式中的第一項起比例控制作用,稱為比例 (P)項,即時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t),偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即產(chǎn)生控制作用,以減少偏差。因此,在控制系統(tǒng)中,必須首先對式 (41)離散化。 PID 調(diào)節(jié)器的基本輸入輸出關系可用微分方程表示為 I ()1u ( t) = K p [ e ( t) + ( ) ]T D d e te t d t T dt??? ( 41) 式中, u(t)—調(diào)節(jié)器的輸出信號; e(t)—調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號, e(t)=r(t)c(t); Kp —調(diào)節(jié)器的比例系數(shù); TI—調(diào)節(jié)器積分時間; TD—調(diào)節(jié)器微分時間。 一個典型的 PID 單回路控制系統(tǒng)如圖 41 所示??刂评碚摽梢宰C明, PID 控制能滿足相當多工業(yè)對象的控制要求。 顯示驅(qū)動的硬件電路 如 圖 312 所示。本系統(tǒng)需要顯示:預設置電流( 4 位)、實際輸出電流( 4 位),共需 8 個數(shù)碼管,而每片 MAX7219 可驅(qū)動 8 位數(shù)碼管,所以選用一片 MAX7219 即可滿足系統(tǒng)的 需要。本系統(tǒng)采用的第一種連接方式 ,顯示電路如圖 311 所示。 MAX7219 允許用戶對每個數(shù)字選擇 BCD 碼譯碼或不譯碼。只需一個外部電阻來設置所有 LED 段電流。 MAX7219 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的緊湊型、串行輸入、輸出、共陰極 LED 顯示驅(qū)動器。R E S 2I N T 0蘭州工業(yè)高等??茖W校畢業(yè)論文 24 顯示器接口電路設計 系統(tǒng)的顯示器件多采用發(fā)光二極管 LED 和液晶顯示器 LCD, 本設計 采用發(fā)光二極管 LED 作為系統(tǒng)的顯示器件。若仍保持閉合狀態(tài)電平,則確認該鍵處于閉合狀態(tài),從而消除了抖動影響。在硬件上采取的措施是:在鍵輸出端加 RS 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路構成去抖動電路。 鍵抖動可能導致單片機將一次按鍵操作識別為多次操作,為了保證 CPU 對鍵的一次閉合僅作一次鍵輸入處理,必須消除抖動影響。當按鍵被按下或釋放時,按鍵觸點的彈性會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。 鍵盤與單片機的接口電路 如圖 311 所示。在中斷服務程序中執(zhí)行掃描式鍵蘭州工業(yè)高等??茖W校畢業(yè)論文 23 盤輸入子程序。當有鍵按下時, INT0 端為低電平, 向 CPU 發(fā)出中斷申請。其輸入端分別與各列線相連,輸出端接外部中斷輸入 INT0。因此, ~ 作鍵掃描輸出線; ~ 作鍵輸入線。 接口電路設計 該鍵盤直接由單片機的 P0 口的高、低字節(jié)構成 44 矩陣式鍵盤。為了提高 CPU 的工作效率,本系統(tǒng)采用中斷 掃描工作方式。 CPU 對鍵盤掃描可以采用程序控制的隨機方式調(diào)用鍵盤掃描子程序響應鍵輸入要求;也可以采用定時控制方式,即每隔一定時間調(diào)用鍵盤掃描子程序響應鍵輸入要求。在實際應用中要想做到既能及時響應鍵操作,又不過多占用 CPU 的工作時間,就要根據(jù)應用系統(tǒng)中 CPU 的忙閑情 況 選擇適當?shù)逆I盤工作方式。 按鍵分析:根據(jù)鍵值,找出對應的處理程序的入口的鍵值。若有,則進行譯碼;若無,則等待或轉做別的工作。軟件是指對按鍵操作的識別與分析,稱為鍵盤管理程序。 鍵盤與單片機的接口包括硬件與軟件兩部分。 D/A 的轉換分辨率為 1210 221??mV 即 CPU 輸給 D/A 數(shù)據(jù)變化 1bit,電壓變化為 2mV。 MAX532 需外接基準電壓,其基準電壓的性能決定了輸出電壓的性能,要求具有高穩(wěn)定度。電路選用的 D/A 轉換芯片是 12 位的 MAX532。 硬件電路設計 D/A 轉換電路 如圖 310 所示,在正電源 VDD 和負電源 VSS 上也加上了兩個濾波電容,一個 10μF 的電解電容和一個 的獨石電
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