【正文】 A/D 轉(zhuǎn)換。 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)。 簡(jiǎn)單說來， PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： 比例環(huán)節(jié) (Proportiona1)：及時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 12 偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 積分環(huán)節(jié) (Integra1)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 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。 若令iip KTK ?， ddp KTK ?? ，則式 (1)可以改寫為： sKsKKsG dip ????)( (2) 將式 (2)經(jīng)過拉氏變換，并考慮初始值，即可求得時(shí)域內(nèi)理想的模擬PID控制算式，如下： ? ???? 0)()()()( udt tdeKdtteKteKtu dip (3) 由于單片機(jī)根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量 [19]，因此式 (3)中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要做離散化處理。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。 數(shù)字 PID控制分為位置式 PID控制算法和增量式 PID控制算法，式 (4)所示便是位置式 PID算式。 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 在開關(guān)電源結(jié)構(gòu)中，開關(guān)電源是通過修改 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。當(dāng)輸出電壓超過給定值時(shí)，減小 PWM波占空比 ,減小 COOLMOSFET開通時(shí)間，降低輸出電壓；反之，當(dāng)輸出電壓小于給定值時(shí)，則增加 PWM波占空比，增加 COOLMOSFET開通時(shí)間，使輸出電壓升高?？梢姡诳刂破鬟M(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。因此，本系統(tǒng)使用增量式 PID控制算法。程序框圖如圖 312所示 。 圖 312 PID 算法程序框圖 LCD 液晶顯示模塊 本設(shè)計(jì)中的 LCD 現(xiàn)實(shí)這一塊相對(duì)清晰，主要進(jìn)行的是對(duì) LCD 的讀寫操作。但是在編寫程序的過程中主要的是將讀寫的時(shí)序有很好的理解。如圖鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 14 213和如圖 214 分別為顯示了 1602 的讀和寫的操作。 按鍵處理模塊 通過按鍵實(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。 圖 313 LCD1602 讀操作時(shí)序圖 圖 314 LCD1602寫操作時(shí)序圖 注： tsp1和 tsp2的最小值一般在 3040ns 之間； tHD1和 tHD2最小值一般在10ns； tPW的最小值為 150ns； tC的最小值為 400ns； tF的最大值一般為 25ns； tR鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 15 的最大值一般為 25ns； tD的最大值一般為 100ns。 此模塊 采用 AD 采集的方式來識(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。 各個(gè)按鍵按下所得到的 AD 值如下： Key1 0x200 Key2 0x199 Key3 0x156 Key4 0x24E Key5 0x1CA Key6 0x16F Key7 0x27C Key8 0x1E5 Key9 0x188 中斷服務(wù)程序模塊 中斷程序原理及框圖 此系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序采取兩級(jí)中斷，主要是 TMR0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器產(chǎn)生 10ms 定時(shí)的溢出中斷，主要完成定時(shí) 10ms 對(duì) A/D 模塊的數(shù)字量讀取和重新開始新的 A/D 轉(zhuǎn)換，每當(dāng) ADCBuffer 緩沖區(qū)的內(nèi)容滿時(shí)，對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波從而讀取正確的 A/D 轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量傳給主程序的電壓變換模塊從而交于 PID 算法處理模塊進(jìn)行處理。在此分析電壓中斷服務(wù)子程序。程序的框圖如圖 315 所示。 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。而測(cè)量信號(hào)中總是存在一些干擾、噪聲或者畸變，這些因素都影響上述控制算法的精度，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)的性能下降。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。 本系統(tǒng)中軟件中采用 TMR0定時(shí) 10ms，每 10ms定時(shí)的時(shí)間到就將 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果讀出來，存儲(chǔ)在定義的 unsigned char ADCBuffer[5]緩沖區(qū)中。當(dāng)緩沖區(qū)滿時(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。 這部分?jǐn)?shù)字濾波的具體實(shí)現(xiàn)方法如下： //采用數(shù)字濾波算法，用排序法完成 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 17 for(i=0。isizeof(ADCBuffer)/2。i++) { for(j=i。jsizeof(ADCBuffer)/2。j++) { if(ADCBuffer[i]ADCBuffer[j]) { temp=ADCBuffer[i]。 ADCBuffer[i]=ADCBuffer[j]。 ADCBuffer[j]=temp。 } } } //獲取濾波后的 AD 轉(zhuǎn)換值，將該值載入 ADCValue 中 ADCValue=ADCBuffer[sizeof(ADCBuffer)/2]。 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 18 第四章 結(jié) 論 此畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成的任務(wù)是對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行數(shù)字的控制即程序的編寫。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。原理相對(duì)簡(jiǎn) 單，但是要做成功其實(shí)并不是一件容易的事情，主要碰到的問題有 不同電壓情況下 PWM 波的占空比是不一樣的。要想通過進(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)。在這個(gè)情況下面，需要極其耐心地對(duì)每個(gè)電壓所對(duì)應(yīng)的 PWM 波的占空比做一個(gè)較為詳細(xì)的記錄，以便進(jìn)行軟件程序的編寫。 在開關(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)。因此，近年來數(shù)字控制在開關(guān)電源中得到迅速的發(fā)展。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 開始應(yīng)用于開關(guān)電源的控制中，使得模擬控制向數(shù)字控制轉(zhuǎn)變。 相信隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的數(shù)字控制將會(huì)越來越受到關(guān)注，也會(huì)越來越廣泛地被運(yùn)用到高效率、高功率因素的開關(guān)電源中。 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 可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 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。單片機(jī)單芯片的微小體積和低的成本，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。 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。到目前為止， MCS— 51 單片機(jī)已有數(shù)百個(gè)品種，還在不斷推出功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品。 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 20 致 謝 經(jīng)過三個(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。 我要感謝河南理工大學(xué)，感謝 電氣 系對(duì)我四年的培養(yǎng)，讓我學(xué)到了許許多多的知識(shí)，感謝各位老師在這四年里對(duì)我的關(guān)懷與照顧，在此致以我深深的謝意。 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。論文從選題和最終完成，凝結(jié)著導(dǎo)師的辛勤的汗水，她不辭勞苦的教導(dǎo)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使我終生受益。在 此畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向?qū)熀退袔椭^我的老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 還有感謝家人、朋友還有宿舍里所有的室友，是他們給我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，在學(xué)習(xí)和生活中給了我支持和幫助。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。在設(shè)計(jì)過程中，不但要汲取新的知識(shí)而且 對(duì) 以前所學(xué)的知識(shí) 也要 融會(huì)貫通。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)際問題。同時(shí)它也使我認(rèn)識(shí)到同學(xué)之間相互討論，相互學(xué)習(xí)的重要性，讓我在以后的工作中更加注重一個(gè)團(tuán)隊(duì)的合作精神。 最后，感謝在百忙之中抽出時(shí)間參加論文評(píng)閱和課題答辯的各位老師，在此致以最衷心的感謝！ 鄭州大學(xué) 本科畢業(yè)論文 21 參考文獻(xiàn) [1] 王小波 .直流開關(guān)電源的數(shù)字控制設(shè)計(jì)及應(yīng)用 [M]. 電子工業(yè)出版社， [2] 常敏慧，申功邁等 .開關(guān)電源應(yīng)用、設(shè)計(jì)與維修 [M]. 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， [3] 何希才 . 實(shí)用開關(guān)電源數(shù)字控制技術(shù) [M]. 電子工業(yè)出版社， [4] 高飛 , 田玉冬 . 36V/2A穩(wěn)壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì) [J]. 上海電機(jī)學(xué)院 學(xué)報(bào) ,2021,10(2): 9497 [5] 林 雯 . 淺談開關(guān)電源的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) [J]. 通信電源技術(shù) ,2021,25(6):7980 [6] 孔鋒封 . 開關(guān)電源單片機(jī)外圍元器件選擇與檢測(cè) [M]. 北京 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