【正文】 ELAY 100/*////////////////////////////*//*/ 變量定義 /*//*////////////////////////////*//* 按鍵狀態(tài)標(biāo)志和計(jì)數(shù)器 */bit key1_flag。sbit KEY4= P1^3。sbit KEY2= P1^1。 調(diào)用函數(shù)說(shuō)明unsigned int AD_change(unsigned int volt){}功能：電壓與ADC轉(zhuǎn)換所得數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系查找表輸入項(xiàng)：目標(biāo)電壓volt，輸出項(xiàng)：目標(biāo)AD，賦值給AD_require。 占空比變速調(diào)整子模塊 功能描述由于需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將電壓調(diào)整到用戶(hù)設(shè)置的目標(biāo)電壓，即完成占空比的調(diào)整。 流程邏輯開(kāi)始控制ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換讀取ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字量T0中斷進(jìn)入足夠長(zhǎng)延時(shí)AD_value比AD_require大YN占空比增加占空比減少 CLC_func（）流程邏輯圖 數(shù)字低通濾波子模塊 功能描述 由于v上疊加有隨機(jī)干擾 , ADC0804也有隨機(jī)誤差，ADC一次性轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量是有隨機(jī)誤差的。 閉環(huán)控制模塊描述 功能描述，閉環(huán)控制中，單片機(jī)應(yīng)控制ADC0804工作，讀取當(dāng)前輸出電壓經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量AD_value，并根據(jù)已測(cè)得的輸出電壓與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，動(dòng)態(tài)調(diào)整占空比，使得輸出電壓在規(guī)定時(shí)間（30秒）內(nèi)達(dá)到用戶(hù)的設(shè)置值（目標(biāo)電壓，對(duì)應(yīng)的ADC數(shù)字量為AD_require）。coe_pv[1]=*adjust_Prop[1]+*adjust_Prop[2]*adjust_Prop[3]。按v標(biāo)定，選取v=，（選取根據(jù)詳見(jiàn)確保模擬量檢測(cè)精度的曲線(xiàn)擬合方法課程的論文）。其中用戶(hù)輸入三個(gè)標(biāo)定占空比由主循環(huán)模塊中按鍵服務(wù)子模塊實(shí)現(xiàn)，以下僅對(duì)如何根據(jù)輸入的標(biāo)定占空比調(diào)整coe_pv[]進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的函數(shù)是Adjust（）。為了改善這種狀況，我們最終決定p采用float型，即prop_float，而prop_int僅用于數(shù)碼管顯示，同時(shí)coe_pv[]采用float型，應(yīng)用61式，在引入關(guān)中斷后，即使是含float的計(jì)算，單片機(jī)仍能得出正確的結(jié)果，使得控制精度得到了預(yù)期的改善。該問(wèn)題可通過(guò)在運(yùn)算的同時(shí)關(guān)中斷得以解決，否則單片機(jī)無(wú)法負(fù)荷。在得到擬合曲線(xiàn)（公式61）后，我們進(jìn)行了“化整運(yùn)算”處理，公式61變形為：prop_int=（13498438+320414*v+664*v*v+50000）/100000此時(shí)coe_pv[]采用long型，全部運(yùn)算均為整數(shù)運(yùn)算，“+50000”的目的是保證四舍五入。最初，為了盡量避免float型變量的使用，我們希望p與v都用int型，即prop_int，volt。則當(dāng)用戶(hù)設(shè)置電壓volt后，prop_float= coe[0]+coe[1]*volt+coe[2]*volt*volt。 算法在測(cè)量的51組pv數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們擬合出了描述本系統(tǒng)的pv特性曲線(xiàn)：p=+*v+*v*v （61）其中p的單位是‰。 開(kāi)環(huán)控制模塊描述 功能描述，開(kāi)環(huán)控制中，單片機(jī)應(yīng)根據(jù)用戶(hù)設(shè)置的電壓，計(jì)算相應(yīng)的占空比，并輸出相應(yīng)占空比的PWM波。TL1= hilv_tl。在T1中斷服務(wù)程序中只需TH1= hilv_th。lolv_th = lolv_time/256。 PWM信號(hào)中的“幽靈波形”[15] 主程序中相關(guān)子模塊——T1初值的算法描述 =11059200Hz，則 ： 解得：重置T1初值時(shí)，THTL1分別為hilv_time（或lolv_time）的高、低字節(jié)，因此 ：hilv_th = hilv_time/256。 還需說(shuō)明的是T1的中斷服務(wù)程序?qū)敵鯬WM波的穩(wěn)定性有直接影響，故設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，在主程序開(kāi)始時(shí)初始化（PT0=0，PT1=1），并在中斷服務(wù)程序中設(shè)置屏蔽其它所有中斷（EA=0）。只需使上述兩種情況下T1的初值不同，就可以使T1在奇數(shù)次和偶數(shù)次被響應(yīng)時(shí)分別具有不同的中斷間隔，記為hilv_t（s），lolv_t（s），這就使得PWM_OUT的輸出波形呈現(xiàn)出hilv_t（s）高電平，lolv_t（s）低電平不斷交替。引入PWM狀態(tài)標(biāo)志PWM_flag，并在主程序開(kāi)始時(shí)初始化為0。 PWM信號(hào)示意圖 流程邏輯 T1的中斷服務(wù)程序PWM_Generator（）流程圖[15] 算法 本系統(tǒng)中單片機(jī)使用T1作為PWM信號(hào)發(fā)生定時(shí)器，并采用中斷響應(yīng)方式。 重要的全局變量列表（以字母序排列） 全局變量表名稱(chēng)類(lèi)型功能AD_data[]unsigned char xdata閉環(huán)數(shù)字低通濾波子模塊的環(huán)形隊(duì)列AD_flagbit標(biāo)志：是否啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換AD_ptrunsigned char閉環(huán)數(shù)字低通濾波子模塊的環(huán)形隊(duì)列指針AD_requieunsigned int目標(biāo)AD：閉環(huán)目標(biāo)電壓對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換數(shù)字量AD_valueunsigned int當(dāng)前AD：閉環(huán)當(dāng)前電壓對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換數(shù)字量adjust_countunsigened char計(jì)數(shù)器：開(kāi)環(huán)自動(dòng)擬合，計(jì)數(shù)當(dāng)前是第幾個(gè)標(biāo)定占空比adjust_prop[]unsigned int開(kāi)環(huán)自動(dòng)擬合標(biāo)定占空比change_flagbit標(biāo)志：是否重新計(jì)算T1中斷的初值CLC_flagbit標(biāo)志：是否啟動(dòng)閉環(huán)控制coe_pv[]float開(kāi)環(huán)控制pv特性曲線(xiàn)系數(shù)DelayCounterunsigened char計(jì)數(shù)器：閉環(huán)延時(shí)計(jì)數(shù)器，閉環(huán)時(shí)T0每中斷一次加1hilv_timelolv_timeunsigned intT1初值，用于高電壓周期unsigned intT1初值，用于低電壓周期prop_floatprop_intfloatint占空比，float型，用于計(jì)算，單位‰占空比，float型，用于顯示，單位‰prop_int=prop_float+（四舍五入）PWM_flagbit標(biāo)志：PWM狀態(tài)標(biāo)志refresh_flagbit標(biāo)志：是否刷新數(shù)碼顯示setting_flagunsigned char標(biāo)志：系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志voltunsigned int電壓， 流程邏輯按鍵服務(wù)子模塊數(shù)碼管顯示刷新子模塊uai按鍵按下?tīng)顟B(tài)改變啟動(dòng)閉環(huán)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換YNNY計(jì)算當(dāng)前ADAD讀取完成調(diào)整占空比當(dāng)前AD！=目標(biāo)ADNNYYYN開(kāi)始T1初值計(jì)算子模塊 主循環(huán)模塊流程邏輯讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果AD標(biāo)志==0NYT0中斷進(jìn)入關(guān)中斷T0數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)按鍵消抖T0重賦初值開(kāi)中斷T0中斷返回 T0中斷服務(wù)模塊流程圖NT1中斷進(jìn)入屏蔽其他中斷PWM狀態(tài)標(biāo)志==0重裝高電平初值重裝低電平初值YT1中斷返回 T1中斷服務(wù)程序——PWM信號(hào)發(fā)生模塊流程圖 PWM信號(hào)發(fā)生模塊描述 功能描述該模塊實(shí)現(xiàn)了可調(diào)占空比PWM信號(hào)的發(fā)生，是本系統(tǒng)中單片機(jī)控制DCDC開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的媒介。（2）閉環(huán)控制：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)控制ADC0804工作，讀取當(dāng)前電壓經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，并根據(jù)輸出電壓與ADC輸出數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，動(dòng)態(tài)調(diào)整占空比，使得輸出電壓在規(guī)定時(shí)間（30秒）內(nèi)達(dá)到用戶(hù)的設(shè)置值。 IDC26引腳定義 74HC37374HC373是含有8個(gè)邏輯單元的三態(tài)鎖存器，主要用于三態(tài)地址、數(shù)據(jù)鎖存，： 74HC373結(jié)構(gòu)圖[12] 74HC0274HC02由四個(gè)2輸入或非門(mén)組成，常用做地址選通器，： 74HC02結(jié)構(gòu)圖[13] MM74HC138MM74HC138是常用的38譯碼器，通常作為單片機(jī)小系統(tǒng)的地址譯碼器使用，： MM74HC138結(jié)構(gòu)圖[14] AT89S52AT89S52是現(xiàn)今最常用的單片機(jī)，是單片機(jī)小系統(tǒng)的核心，具有運(yùn)算、存儲(chǔ)等功能。 實(shí)驗(yàn)相關(guān)元件 IDC26 IDC26是單片機(jī)與ADC0806的接口，共有26個(gè)引腳，以扁平電纜相連。 實(shí)物圖 電壓測(cè)量子系統(tǒng)實(shí)物圖6. 單片機(jī)子系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)子系統(tǒng)硬件介紹 主要功能單片機(jī)子系統(tǒng)可配合以上三個(gè)子系統(tǒng)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)用戶(hù)操作界面、開(kāi)環(huán)控制，開(kāi)環(huán)自動(dòng)擬合以及閉環(huán)控制四項(xiàng)功能。(3) R8和R9的計(jì)算由于(VAmaxVin() )/Vref≈1，所以Vref≈=，即Vref/2=。(2) R6和R7的計(jì)算當(dāng)4N25的輸入電壓為5~10V時(shí)，~。為能盡量大的利用ADC的編碼范圍，應(yīng)對(duì)電路做如下調(diào)試[11]（設(shè) Vin(+)∈[VAmin , VAmax]）：(1) 取RR2，使Vin(+)動(dòng)態(tài)范圍比較大；(2) 取RR7，使Vin()≈VAmin；(3) 取RR9，使 (VAmax – Vin() ) / Vref ≈ 1 元件參數(shù)設(shè)計(jì)一下所做計(jì)算只是初步估算，實(shí)驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。 ADC0804開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)序圖[10] ADC0804數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖[10]，當(dāng)CS與WR同為低電平時(shí)，AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換得到的8位二進(jìn)制碼存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)INTR引腳自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?，可用于通知CPU轉(zhuǎn)換結(jié)束。在此不再贅述。 設(shè)計(jì)指標(biāo)輸出電壓誤差絕對(duì)值≤ 基本設(shè)計(jì)原理電壓測(cè)量子系統(tǒng)分為基準(zhǔn)電源、信號(hào)隔離變換及ADC三個(gè)模塊，分別以TL434N25和ADC0804為核心。 實(shí)物圖 電壓控制子模塊實(shí)物圖5. 電壓測(cè)量子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 主要功能該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，與既定值比較，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制信號(hào)，使系統(tǒng)輸出用戶(hù)通過(guò)按鍵所指定的5~10V電壓，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。，R9與C3可防止放大器自激，而RRC1及C2決定了濾波器的截至頻率，一般取R6＝R7，C1＝C2，可由下式求得： 信號(hào)隔離變換模塊 信號(hào)隔離變換模塊[4]該模塊以光電耦合器4N25為核心元件，它相當(dāng)于一個(gè)流控電流源，實(shí)現(xiàn)了電壓控制子系統(tǒng)與DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的信號(hào)變換傳遞。 Key二階濾波器的典型電路，其截止頻率為50Hz。R，使高電平電壓降至4V，故滿(mǎn)足關(guān)系式：值得注意的是，經(jīng)過(guò)CD4011后，信號(hào)反相，實(shí)際占空比＝1－原占空比。本實(shí)驗(yàn)中取100~150Ω為佳。 外圍電路設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)電壓模塊設(shè)計(jì)圖[8]由于TL431正常工作時(shí)，所以R4，R5阻值應(yīng)滿(mǎn)足而電阻R3的選取既不能過(guò)大，也不能過(guò)小。由運(yùn)放的特性可知，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)?；鶞?zhǔn)電源模塊對(duì)5V電源進(jìn)行穩(wěn)壓并分壓，輸出4V穩(wěn)定電壓作為整型電路的穩(wěn)壓源，整型電路將單片機(jī)輸出的不穩(wěn)定的PWM信號(hào)整型，有源低通濾波模塊將起轉(zhuǎn)化為與占空比成正比的直流電流，通過(guò)信號(hào)隔離變換模塊與DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)連接，達(dá)到控制的目的。 設(shè)計(jì)指標(biāo)輸出電壓誤差絕對(duì)值≤。 實(shí)物圖 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)實(shí)物圖4. 電壓控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 主要功能電壓控制子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)單片機(jī)輸出的PWM波進(jìn)行整形濾波，將占空比的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，并通過(guò)電氣隔離元件與開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)連接，將單片機(jī)輸出的PWM波轉(zhuǎn)化可變電壓。(3) 誤差放大器反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。 主要電路和參數(shù)設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)圖 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)電路圖[6] 元件參數(shù)列表 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)R1180ΩR810kΩR15R251ΩR9150ΩC1100μFR351kΩR10C2R46MΩR1120kΩC31000pFR510kΩR120~22kΩC4470μFR6R13C5100μFR7R140~1kΩL約1mH 元件參數(shù)設(shè)計(jì)(1) 電感由于升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的電路與降壓型相比，通過(guò)電感L的電流基本不變，于是我們采用了與降壓型同樣的電感制作工藝和電感數(shù)值，即L=1mH。電容的儲(chǔ)能有限，維持電流的時(shí)間不能太長(zhǎng)。65% 基本設(shè)計(jì)原理[5][5]，在PWM波的高電平時(shí)段，開(kāi)關(guān)三極管T1導(dǎo)通，輸入電壓為儲(chǔ)能電感L充電；在PWM波的低電平時(shí)段，開(kāi)關(guān)三極管T1轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，儲(chǔ)能電感L將感生出電動(dòng)勢(shì)ε，該電動(dòng)勢(shì)與輸入電壓Vin同向，疊加后的輸出大于Vin電壓Vo，從而實(shí)現(xiàn)升壓輸出。 設(shè)計(jì)指標(biāo) 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)[2]項(xiàng)目指標(biāo)輸入直流電壓9V~14V輸出直流電壓15V~20V額定輸出電流限流值電壓調(diào)整率 %電流調(diào)整率1%輸出電壓紋波163。此模塊即可單獨(dú)工作，也可與電壓控制子系統(tǒng)、電壓測(cè)量子系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)功能。本組首創(chuàng)的這種動(dòng)態(tài)調(diào)試的方法，由于其可操作性和便利性，被眾多小組采用，可供以后的科創(chuàng)小組參考借鑒。最后我們先將電感的一部分固定，使磁棒仍可移動(dòng)。(1)、(2)、(3)的相關(guān)參數(shù)向相反的方向調(diào)節(jié)就可提高效率。此方法效果不明顯，且電容占用大量空間，是非常不經(jīng)濟(jì)的做法。適當(dāng)增大，可以降低飽和導(dǎo)通深度，但也會(huì)降低效率。但若三極管開(kāi)關(guān)過(guò)于頻繁，因?yàn)轭l率和效率是一對(duì)矛盾，就會(huì)使得效率顯著下降，TL4