【正文】 SS13NC14IR2113U14.7R20D9 FR157D9 FR157R191KD4 1N4744VCC1 電路原理圖 程序代碼 //******RD5 口與 P1A 口復(fù)用了，所以 RD5 口改為了 RD6 口，而 AD 采集有三路，故將 LCD 的 AN2 改為 AN3了 //從而 AN0 為按鍵檢測(cè)， AN1 電壓檢測(cè)， AN2 電流檢測(cè) P1A（ RD5）， P1B（ RC2）為 PWM 半橋輸出 //LCD（ RD0， RD1,RD2,RD3,RD4,RD6,RA3），三路輸出控制 (RD5,RC2,RC3) 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 24 include include include //************************PID 結(jié)構(gòu)************************************* struct PID{ unsigned int Setpoint。此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)不但增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力 ,而且也使我學(xué)會(huì)了如何用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。在以后的學(xué)習(xí)生活中我會(huì) 時(shí)時(shí)敦促自己更加努力，不辜負(fù)師長(zhǎng)、親人、朋友對(duì)我的期望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的一次能力鍛煉。在 此畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向?qū)熀退袔椭^(guò)我的老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 感謝我的導(dǎo)師給了我莫大的幫助，在她悉心的指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求下，作品和論文順利完成了。 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 20 致 謝 經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的時(shí)間，畢業(yè)設(shè)計(jì)按照預(yù)期完成了，由于本人的知識(shí)水平有限，論文和設(shè)計(jì)中有遺漏和缺陷的地方懇請(qǐng)指正。 本文所涉及的是市場(chǎng)占有率最高的是 MCS— 51系列，因?yàn)槭澜缟虾芏嘀?IC 生產(chǎn)廠家都生產(chǎn) 51兼容的芯片。 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 19 隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)已不是一個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ,發(fā)現(xiàn) ,提出 ,分析和解決實(shí)際問(wèn)題 ,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié) ,是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程 .隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在 生活中 可以說(shuō)得是無(wú)處不在。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種在模擬電路中難以實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代控制方法也 開(kāi)始應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源的控制中，使得模擬控制向數(shù)字控制轉(zhuǎn)變。 在開(kāi)關(guān)電源中，相對(duì)模擬系統(tǒng)而言，數(shù)字系統(tǒng) [22]具有設(shè)計(jì)周期短，易實(shí)現(xiàn)模塊化管理，能夠消除因分立元件引起的不穩(wěn)定和電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。要想通過(guò)進(jìn)行電壓的設(shè)定以及將電壓穩(wěn)定在設(shè)定的狀態(tài)需要對(duì) PWM 波的占空比有比較精確的定量認(rèn)識(shí)。其實(shí)從硬件電路的角度講難度并不是很大，因?yàn)橹饕褪请妷汉碗娏鞯牟杉?，然后進(jìn)行 A/D 的轉(zhuǎn)換，再調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。 } } } //獲取濾波后的 AD 轉(zhuǎn)換值，將該值載入 ADCValue 中 ADCValue=ADCBuffer[sizeof(ADCBuffer)/2]。 ADCBuffer[i]=ADCBuffer[j]。jsizeof(ADCBuffer)/2。isizeof(ADCBuffer)/2。當(dāng)緩沖區(qū)滿(mǎn)時(shí)，將緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行排序，抑制掉最大值和最小值，只取中間的值作為轉(zhuǎn)換的結(jié)果。因此，利用數(shù)字濾波技術(shù)能夠有效地對(duì)偏差信號(hào) (測(cè)量信號(hào) )中的干擾、噪聲進(jìn)行濾波或者對(duì)其畸變進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而提高數(shù)字 PID控制算式的精度， 改進(jìn)控制系統(tǒng)的性能。 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 16 圖 315 電壓中斷服務(wù)程序框圖 數(shù)字濾波算法 數(shù)字 PID控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。在此分析電壓中斷服務(wù)子程序。 此模塊 采用 AD 采集的方式來(lái)識(shí)別按鍵的按鍵模塊，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)于不同的電壓，因此每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)于不同的 AD值，從而通過(guò)判斷 AD值的大小范圍就可以判定出按鍵的值，而此按鍵模塊只需一個(gè) AD 采集口就夠了，大大的減少了 IO口的占用情況。 按鍵處理模塊 通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)設(shè)定電壓的增減，如按一下增加鍵（鍵 1），則設(shè)定電壓值加一伏，但是如果設(shè)定電壓值大于或 是等于 36V 時(shí)，則不在增加；同理，按一下減少鍵（鍵 2），則設(shè)定電壓值減一伏，但是如果設(shè)定電壓值小于或是等于 24V 時(shí)，設(shè)定值將不在減少而是保存原值不變。但是在編寫(xiě)程序的過(guò)程中主要的是將讀寫(xiě)的時(shí)序有很好的理解。程序框圖如圖 312所示 ?？梢?jiàn)，在控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候 我們 所關(guān)心的是此次 PWM波的占空比需要改變的量，即每次輸出控制量的增量。 由式 (4)可得控制器第 n1次的輸出量 un1為： 011 2111 )( ueeKeKeKunj nndjinpn ????? ??? ???? (5) 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 13 所以，增量式 PID控制算式如下所示： )2()( 2111 ???? ????????? nnndninnpnn eeeKeKeeKuuu (6) PID算法程序框圖 在開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)中，開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)修改 PWM波占空比改變逆變橋中COOLMOSFET的通斷時(shí)間 ， 從而控制輸出電壓的大小。按照模擬 PID控制算法的算式 (3)，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)的時(shí)間，以和式 代替積分，以增量代替微分，則可得到離散化的 PID表達(dá)式為： ?? ? ????? nj nndjinpn ueeKeKeKu 1 01 )( (4) 式中： j為采樣序號(hào)， j=0,1,2?n ； un第 n次采樣時(shí)刻的控制器輸出值； en為第 n次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； en1為第 n1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值。 微分環(huán)節(jié) (Differentia1)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。 積分環(huán)節(jié) (Integra1)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。 PID 算法處理模塊 算法原理簡(jiǎn)介 [18] 典型 PID 控制的傳遞函數(shù)如式 (1)所示： )11()( )()( sTsTKsX sXsG dipiO ???? (1) 式中： Kp為比例系數(shù)； Ti為積分常數(shù)； Td為微分常數(shù)。 A/D 結(jié)果 寄存器（ ADRESH:ADRESL）。 ：將 ADCON0 寄存器中的 GO/DONE 為置 1。等待時(shí)間一到，將自動(dòng)開(kāi)始對(duì)選定通道進(jìn)行采集。這意味著 ADRESH:ADRESL寄存器將仍然保持上一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果（或上一次寫(xiě)入 ADRESH:ADRESL寄存器的值）。 在轉(zhuǎn)換期間將 GO/DONE位清零將中止當(dāng)前的 A/D轉(zhuǎn)換。而每完成一次 10位 A/D轉(zhuǎn)換需要 11個(gè)TAD。 ADCON2寄存器各配置位如圖 210所示。 在這兩種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)， GO/DONE位被清零、 ADIF 標(biāo)志位被置 1且 A/D 再次開(kāi)始對(duì)當(dāng)前選定的通道進(jìn)行采樣。用戶(hù)有責(zé)任確保在選定所需要的輸入通道和 GO/DONE位置 1之間經(jīng)過(guò)了所需要的采集時(shí)間。 若 ACQT2:ACQT0=000，則表示選擇手動(dòng)采 集。當(dāng) GO/DONE位置 1時(shí)， A/D模塊繼續(xù)對(duì)輸入進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間為所選擇的采集時(shí)間，然后自動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。該寄存器還提供了自動(dòng)設(shè)定采集時(shí)間的選項(xiàng)。 (3)通過(guò)配置 ADCON2從而設(shè)置 A/D轉(zhuǎn)換的采集時(shí)間。 bit3bit0 為 A/D 端口配置控制位，如表 31 所示。ADCON1 寄存器各配置位如圖 39 所示。 bit0 為 A/D 轉(zhuǎn)換使能位， 1表示使能，0 表示禁止。 其中 bit7bit6 為未用位， bit5bit2 為模擬通道選擇位，從 00001100 分別代表 AN0AN12，這 13 個(gè)通道。 圖 37 10 位 A/D轉(zhuǎn)換器模塊原理框圖 在執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)該遵循以下步驟： A/D 模塊 [17]： (1)通過(guò) ADCON0 寄存器選擇輸入通道。采集時(shí)間一結(jié)束，即可啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換。在根據(jù)需要配置好 A/D模塊之后，必須在轉(zhuǎn)換開(kāi)始之前對(duì)選定的通道進(jìn)行采樣。上電復(fù)位時(shí)， ADRESH:ADRESL寄存器中的值保持不變。 ADRESH和 ADRESL寄存器保存 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。器件復(fù)位操作將強(qiáng)制所有寄存器進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，這將迫使 A/D模塊關(guān)閉并中止正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換。要使 A/D轉(zhuǎn)換器在休眠狀態(tài)下工作， A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘必須來(lái)自于 A/D 模塊內(nèi)部的 RC振蕩器。 可用軟件選擇模擬參考電壓為器件的正電源電壓和負(fù)電源電壓（ VDD和 VSS）或 RA3/AN3/VREF+引腳和 RA2/AN2/VREF/CVREF引腳上的電平。這一小節(jié)主要介紹PIC 單片機(jī)中的 A/D 轉(zhuǎn)換的原理以及在本實(shí)驗(yàn)中所需要用到 A/D轉(zhuǎn)換功能的程序設(shè)計(jì)。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的情況，設(shè)定延時(shí)時(shí)間為占空比時(shí)間的 5%，即 510 7s,故對(duì) PWM1CON 寄存器賦值 為 0x84。 PWM1CON 寄存器（如圖36所示）中的 PDC6:PDC0位根據(jù)單片機(jī)指令周期設(shè)置延遲時(shí)間（ TCY或 4個(gè)鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 7 TOSC） [13]。在半橋輸出模式下，可編程的死區(qū)延遲可用來(lái)避免直通電流破壞構(gòu)成半橋的電子開(kāi)關(guān)。在這很短的間隔內(nèi)，很大的電流（直通電流）可能流過(guò)兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)，從而導(dǎo)致半橋供電電源短路。 圖 35 半橋 PWM 波輸出波形示意圖 在半橋 應(yīng)用中，模塊在所有時(shí)間以 PWM頻率的調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)通常比打開(kāi)它需要更多的時(shí)間。 PWM 輸出信號(hào)在 P1A引腳上輸出，而互補(bǔ)的 PWM輸出信號(hào)在P1B引腳上輸出。 (5) 設(shè)置死區(qū)延時(shí)。 同樣根據(jù)本系統(tǒng)所需 PWM 波的實(shí)際情況， PWM 的占空比在 25%左右。 CCPR1H寄存器和一個(gè) 2位的內(nèi)部鎖存器用于給 PWM占空比提供雙重緩沖。計(jì)算占空比的公式如下： PWM占空比 =(CCPR1L:CCP1CON5:4)T OSC(TMR2 預(yù)分頻值 ) 可以在任何時(shí)候?qū)懭?CCPR1L和 CCP1CON5:4，但是在 PR2和 TMR2發(fā)生匹配（即周期結(jié)束）前占空比值不會(huì)被鎖存到 CCPR1H中。 CCPR1L包含占空比的高 8位，而CCP1CON5:4包含低 2位。通過(guò)寫(xiě) CCPR1L寄存器和 CCP1CON5:4位來(lái)指定 PWM占空比。而單片機(jī)外部的振蕩器為16MHz， TOSC=1/1610 6s，經(jīng)計(jì)算的 PR2=159。用以下公式來(lái)計(jì)算 PWM周期。 (3) 設(shè)置 PWM波的周期。同時(shí)設(shè)置 CCP1M3:CCP1M0=1100，使 P1A和 P1B都為高電平有效。如圖 34所示為 CCP1CON寄存器各配置位。輸出是否有效取決于選定的 CCP操作模式。 圖 33 增強(qiáng)型 PWM 模式工作原理示意圖 每個(gè)增強(qiáng)型 CCP模塊至多有 4路 PWM 輸出，這取決于選定的操作模式。由于緩沖，模塊將不會(huì)立即啟動(dòng)，而要等到分配的定時(shí)器復(fù)位為止。所有的控制寄存器都是雙重緩沖鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 4 的，并且在一個(gè)新的 PWM周期的開(kāi)始時(shí)刻（ Timer2復(fù)位時(shí)的周期邊界）被裝載以防止在任何輸出上出現(xiàn)毛刺。因此，增強(qiáng)型 PWM 模式提供了更多的 PWM 輸出選項(xiàng)以適應(yīng)范圍更廣的控制應(yīng)用。 圖 32 初始化模塊框圖 PWM 波發(fā)生模塊 在 PIC18F4520 中 ,CCP1模塊為帶有增強(qiáng)的 PWM功能的標(biāo)準(zhǔn) CCP模塊 [10]。初始化模塊的程序框圖如圖 32 所示。 系統(tǒng)主程序模塊 主程序模塊的程序框圖如圖 31 所示。其中，主程序模塊主要完成系統(tǒng)的初始化模塊、 PWM 波發(fā)生模塊、 ADC 信號(hào)采集模塊以及 PID 算法處理模塊、 鍵盤(pán)以及 LCD 顯示模塊。 本章將對(duì)整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì)思路及其具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。改 用 PIC18F4520 后，采取雙通道 A/D 采樣，分別為電壓采樣和電流的采樣，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)之后進(jìn)行 PID（ Proportional Integral Differential）算法 ,同樣起到了穩(wěn)壓恒流的作用。 本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行數(shù)字的控制，代替原來(lái)的