基于PID控制方式的A开关电源Multisim(完整资料)

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基于PID控制方式的A开关电源Multisim(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）基于PID控制方式的9A开关电源Multisim仿真研究学院：电光学院专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号:目录TOC\o"1-6”\h\u326331。引言3310112.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计3312812.1设计指标3251102。2Buck主电路的参数设计424782。3用Multisim软件参数扫描法计算5214393．PID补偿网络设计8222573.1主电路直流增益计算8320853。2补偿网络的设计：控制方式为PID。9157883.3变换器传递函数及波特图11224834。Buck变换器的负载突加突卸仿真12222194.1总电路图的设计如图1253184。2突加突卸80％负载141595。小结152157参考文献151。引言开关调节系统常见的控制对象,包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定,需要引入一个负反馈。粗略的讲,只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如,已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度,则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧,设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。常用的控制器有比例积分(PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分(PID)等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。2。基于PID控制方式的Buck电路的综合设计Buck变换器最常用的电力变换器,工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路.2.1设计指标输入直流电压（VIN):10V;输出电压（VO）：5V;输出电流（IIN）：9A;输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压（Vref）：1。5V；开关频率(fs）：100kHz。Buck变换器主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR.图1Buck变换器的主电路主电路图1Buck变换器的主电路主电路2.2Buck主电路的参数设计(1）滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关：(1）电解电容生产厂商很少给出ESR,而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大，但是C与Rc的乘积趋于常数，约为.本例中取为(2）滤波电感参数计算当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式(2）、(3)所示：（2）（3）假设二极管的通态压降VD=0.5V,电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管的导通压降VON=0。5V。又因为(4)所以由式(2)、(3）、（4）联立可得TON=5.6μS，并将此值回代式(2），可得L=13。69μH。实际取14μH.2。3用Multisim软件参数扫描法计算当L=14uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图2所示。22当L=8uH时,输出电压和电流以及输出电压纹波如图当L=18uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图所示。3．PID补偿网络设计3.1主电路直流增益计算现假设PWM锯齿波幅值Vm为1.5V采样网络传递函数负载电阻值品质因数直流增益双重极点频率：即故:=根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图5所示，MATLAB的程序如下：num1=3;den1=［0.0000000380。00002501];figure(1);[mag，phase，w］=bode(num1，den1）；margin(mag,phase,w）如图所得，该系统相位裕度4。92°，穿越频率1。63e+03HZ,所以该传递函数稳定性和快速性均不好，需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度，使其快速性和稳定性增加。3。2补偿网络的设计：控制方式为PID。补偿网络电路图其传递函数为：，其中:，，,由于穿越频率小于,所以设为开关频率的，倒置零点的频率为穿越频率的，即:设相位裕度为52°，则补偿网络的零点频率为：补偿网络的极点频率为：PID网络直流增益为：令，可得：，，,故：根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图所示，MATLAB的程序如下:num1=conv([0。00004631］,［17。1053694］);den1=[0。0000054810];figure(1);[mag，phase，w]=bode（num1，den1）;margin（mag,phase,w）3。3变换器传递函数及波特图补偿后的变换器传递函数G(s)=QUOTE,所以其波特图是控制器与补偿网络的波特图的叠加。即num1=3;den1=[0。0000000380。000032501];g1=tf（num1，den1）;num2=conv(［0。00004631],［17。1053694]）;den2=［0。0000054810］；g2=tf（num2，den2)；bode(g1,'+',g2,'：'，g1*g2，’—')三个传递函数的Bode图如下:注：图中星形线表示控制对象特性，虚线表示补偿网络特性，实线表示变换器特性加了PID补偿网络后由仿真结果可见，穿越频率fc=10kHZ，相位裕度φm=49°。

比起T(s)穿越频率增加,提高了相位裕度，改善了系统的瞬态响应和稳定性，所以满足了要求。Buck变换器的负载突加突卸仿真4.1总电路图的设计如图4.2突加突卸80％负载计算参数：小结本文以Buck变换器为研究对象，掌握了PID补偿网络在恒压原单环控制中的应用特点，关注了稳态误差、瞬态响应和高频干扰抑制能力.通过理论的研究和推导设计出了PID控制小信号模型和传递函数，并且具体的设计出了电路的参数，并且对设计的电路进行了仿真.通过这次设计主要取得了如下成果：掌握了一定的电力电子建模知识、开关变换器的建模知识;对PID控制在Buck变换器的应用上有了较好的认识;熟练运用Multisim,Matlab等仿真软件;对开关电源的用途、现状与发展有了新的体会。参考文献［1]张卫平等.开关变换器的建模与控制[M］。北京：中国电力出版社，2006.01。[2］万山明，吴芳。开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计[J］.电源技术应用，2004,7（3）:142—145.[3］杨旭等。开关电源技术[M]。北京:机械工业出版社，2004。03.［4]占松，蔡宣三。开关电源的原理与设计［M］。北京：电子工业出版社，1999:176~184。[5］王兆安，黄俊。电力电子技术[M］。北京：机械工业出版社，2002:258~263。［6]周志敏。周纪海.开关电源实用技术与应用[M］.北京：人民邮电出版社，2003:15～17.[7］B。Holland.ANewIntegratedCircuitforCurrent—ModeControl，Powercon10Proceedings，PaperC—2,2003。56~59.[8]Bums,A.Ohri.ImprovingOff—LineConverterPerformancewithCurrent-ModeControl，Powercon10Proceedings，PaperB—2，1993：132～135.［9]张兰红.基于电流控制技术反激式变换器研究[J］。南京：南京航空航天大学,2001:68～75。[10］张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制［M］。北京:机械工业出版社,2003:325～328。基于PＩD控制方式9Ａ开关电源Ｐsim仿真研究学院：电气与光电工程学院专业:电气工程及其自动化班级：1３电卓姓名:唐修亮学号：１302042５绪论开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PＷM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以高效率、小体积、重量轻、安全可靠等特点,以用来作为电脑、家电、通信设备等现代化用电设备的电源,为世界电子工业产品的小型化、轻型化、集成化作出了很大的贡献,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。开关调节系统常见的控制对象,包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定,需要引入一个负反馈。粗略的讲,只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节,这样就使问题变得复杂了.例如,已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢,如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以,开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧,设计出合理的控制器,用控制器来改造控制对象的特性.常用的控制器有比例积分(ＰI）、比例微分（PD)、比例—积分-微分(PID）等三种类型。PI控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；ＰＩ控制器能够保证系统的控制精度,但会引起相位滞后,是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性。ＰIＤ控制器兼有二者的优点,可以全面提高系统的控制性能,但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。一.设计要求及设计背景１。设计要求依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真;掌握小信号建模的方法，建立Ｂｕck变换器原始回路增益函数；采用Matlaｂ绘制控制对象的Boｄe图；根据控制对象的Ｂoｄe图，分析所需设计的补偿网络特性进行补偿网络设计。采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。2．设计背景Buｃk变换器最常用的变换器,工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Bｕｃｋ族，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。然而其输出电压纹波较大，bｕck电路系统的抗干扰能力也不强。为了使其具抗干扰能力,输出电流达到所需的等级,减小其电压纹波,现设计校正网络使其闭环,提高系统的能力。二．Bucｋ变换器主电路设计1技术指标:输入直流电压（VＩN）：12V；输出电压（ＶO）：5V；输出电流（IN)：9Ａ;输出电压纹波（Ｖrｒ)：50ｍV;基准电压（Vrｅf):1。5V；开关频率（fs）：100kHｚ；2主电路及参数计算2。1主电路图1ｂuｃｋ主电路２.２滤波电容计算输出纹波电压只与电容容量及ESR有关：(1)电解电容生产厂商很少给出ESR，而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大,但C与ＲC的乘积趋于常数，约为5０～80μ·ΩF。本次设计中取为７５μ·ΩＦ，由式（1）可得：RＣ=27.78mΩ，C=２700μＦ。1.2.3滤波电感的计算(２)（3)(4）图2开关管开通及关断时的等效电路由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程假设：其中L中串联电阻得当L=16．６0uH时，输出电流为：当Ｌ=16．60uH时，输出电压为：输出电压和电流以及输出电压纹波如下图所示:当L=16.60μH时，电感电流在9.6~１０。８之间波动,符合△iＬ≤0．2ＩＮ＝1。8A的设计要求,并且理论分析与仿真结果一致。三.补偿网络设计图７Buck变换器控制图3.１原始回路增益函数采用小信号模型分析方法可得buck变换器原始回路增益函数则(4）假设:ＰＷM锯齿波幅值再假设采样电阻Rx=3KΩ，Ry=1.3KΩ则采样网络传递函数(5)当S＝0时，原始函数增益为:所以极点频率根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图8所示，MATＬＡB的程序如下：num=［1.８*１0^(—4）２。4］；den=[4。48＊１0^(－8）2９.6＊10^(-６)１];H=tｆ(ｎum,ｄeｎ);bｏｄe（H);［mag，phase,w]=bode（H）；[gｍ，wcg，wcp]=margiｎ（ｍaｇ，phase，w);［pｍ，ｗcg，wｃｐ］=margiｎ(maｇ，ｐhaｓe,w）；mａrgin（H）；ｄisplａy（pm)；display（gm)；图8原始回路传递函数波特图从图８中可以得出起初的相位裕度:40。5°穿越频率:1.4９e3Hz根据要求相位裕度应达到50°-55°穿越频率提升到（即１０kHz—20ｋHz）均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。3．2补偿网络的设计原始系统主要问题是相位裕度太低、穿越频率太低。改进的思路是在远低于穿越频率fc处，给补偿网络增加一个零点fZ,开环传递函数就会产生足够的超前相移,保证系统有足够的裕量；在大于零点频率的附近增加一个极点fP，并且为了克服稳态误差大的缺点,可以加入倒置零点fＬ,为此可以采用如图9所示的PID补偿网络.图9PID补偿网络根据电路写出的PＩD补偿网络的传递函数为：（６)式中:为了提高穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率是开关频率的十分之一，即：（７）在这里，假设选择的倒置零点的频率为穿越频率的二十分之一，则有:（8）假设预期的相位裕度，则PＩD补偿网络的参数计算值如下:零点频率极点频率零点角频率极点角频率倒置零点角频率所以直流增益根据上面计算数据，得出补偿网络的传递函数为：(9)根据PID补偿网络的传递函数可以得到的波特图如图１0所示，ＭATLＡＢ的程序如下：num＝［１。1７＊10^（-３)28.3777500］；dｅn＝［５.32*10^(-6)1］；H=tf（num，den);boｄe(Ｈ）；［mag,ｐhase，w］=bｏｄe(H)；[gm，wcg，wｃｐ］=mａｒgｉｎ（mag,pｈase，w）;［ｐm，wcｇ，wｃｐ］＝mａrgｉn(ｍag，phaｓｅ，w)；ｍａrgiｎ（H)；diｓpｌay（ｐm)；dｉsｐｌay(gm）；图10ＰID补偿网络的波特图所以最后补偿后的整个系统的传递函数：（10）根据上面的传递函数，可以绘制出加PIＤ补偿网络后的传递函数波特图如图11所示,MATLAB的程序如下:num1=2．4；dｅn1=[4.48*10^(—8）29．6＊10^(-6）1］;g１=tf(num1,ｄｅn１）；ｎuｍ2=cｏnv（[4.7５*1０^(—5）１］，[2４。6７2４.6７＊3。１4＊1０00])；deｎ2=[5.３2*1０^（—6）1]；ｇ2＝tｆ（nuｍ2,dｅn2）;bｏde（g1，＇+＇，g2，’：’，g１*g２，’－')；以上程序是看波特图的曲线。ｎum=cｏnｖ（2.４*24。6７*［4.75*10^（－５)1]，［1３14０]）;dｅn=［２3.83＊10＾(—１4)４．5＊1０^（-８）３4.92*1０＾（—6)10］；H=ｔf（ｎuｍ,deｎ）;bode(H）;[mａｇ,phase，ｗ]=bode(H）;[gm，wcｇ，wcp]=margin（ｍag，ｐhaｓe,w);［pm,wcg，wcp]＝margin(mａｇ，phase，w）;maｒgin（H）；diｓplaｙ（pｍ）;diｓplay（gｍ）;这个程序是看波特图的相位裕度。图１1系统总回路传递函数波特图从图11可看出，相位裕度为5０。8°,穿越频率为1ｅ4Hz，由此可知经过校正后满足了先前的要求。３．3补偿网络电路中的参数计算假设补偿网络中Ｃi=1μF，则根据前面的公式，以及算出的直流增益、零点角频率、极点角频率、倒置零点角频率可得：Rｉz=47．５，Ｒip=６，Ｒf=１3１9。８，Cf=２４1实际中取Rｉz=50，Rip＝6,Rf＝1４00，Cｆ=2５0由于,有20%~10０％的负载扰动,３。４系统仿真图1２总系统图（负载扰动）图12中的R的值不是额定的值，而是20%后计算所得的值。变换器仿真结果如图突加、突卸8０％负载时:由于有20%－-１００%的负载扰动，２0％In=1。2ＡＲＬ=5/１.2=4。167Ω２5/／Rn＝0。8３解得Rn＝０．859Ω突加、突卸8０%负载时的Psim图如图13示：图13突加、突卸80%负载时的Psim图变换器仿真结果如图１4示：图14变换器仿真结果四。心得体会本次开关电源课程的大作业,通过pｓim对ｂuck变换的仿真,让我充分了解到大学学习的不仅仅是理论知识，更重要的还是把所学的在实践中运用起来。在对电路图的仿真中，我遇到了不少问题,通过这些问题我向许多掌握的比较好的同学求教，最后有些问题基本解决了，还有的需要以后更深刻的去认识与理解psim的工作方式与特性。这次的大作业，也提前教会了我如何规范一篇论文的格式要求，为我大四的论文设计增添了基础。并且在实践中增加了我的交际能力。此次大作业，也教会了我如何去学习课本以外的文献来丰富自己的知识,并把这些文献的内容为自己所用。通过对buｃk电路的仿真研究，充分锻炼了自己,对以后的学习有很大帮助。参考文献[1］张建生主编。《现代仪器电源》[M]．北京：科学出版社2005:1－26。［2]王兆安，黄俊主编。《电力电子技术》［M］.北京:机械工业出版社，2000:94-96．［３]陈丽兰主编．《自动控制原理》[M].北京：电子工业出版社，2０0６：73-74.［４］张卫平主编.《开关变换器的建模与控制》［M]．北京:中国电力出版社，２005：１３4-141．[５]徐德鸿译.《电力电子系统建模及控制》[M］。北京:机械工业出版社，2005：17４—180.[6］张晋格主编.《控制系统ＣAD》[M].北京：机械工业出版社,２004：12８-134。单片机及模数综合系统设计课题名称：基于ＳTC１2系列单片机的串联型开关电源设计与实现—－单片机控制部分一、实验目的：本模拟电路课程设计要求制作开关电源的模拟电路部分,在掌握原理的基础上将其与单片机相结合，完成开关电源的设计。本报告旨在详述开关电源的原理分析、计算、仿真波形、相关控制方法以及程序展示.二、总体设计思路本设计由开关电源的主电路和控制电路两部分组成,主电路主要处理电能,控制电路主要处理电信号，采用负反馈构成一个自动控制系统。开关电源采用PＷＭ控制方式,通过给定量与反馈量的比较得到偏差，通过调节器控制ＰＷM输出，从而控制开关电源的输出。当键盘输入预置电压后，单片机通过PＷM输出一个固定频率的脉冲信号，作用于串联开关电源的二极管和三极管，使三极管以一定的频率导通与断开,然后输出进行AD转化，转化后的结果再给单片机进行输出,进行数码管显示.系统的基本框图及控制部分如下:控制过程原理分析:单片机所采用的芯片为STC12C５Ａ６0S２,该芯片在拥有８０51内核的基础上加入了10为AD和PＷＭ发生器。通过程序，即可控制单片机产生一定占空比的PWM脉冲，将此脉冲输入到模拟电路部分,在模拟电路的输出端即可产生一定的输出电压,可比较容易的通过程序来实现对输出电压的控制。但上述的开环控制是无法达到精确的调节电压，因此需要采用闭环控制来精确调制。即，对输出电压进行AD采样，将其输入回单片机中进行数据处理。单片机根据处理的结果来对输出电压做出修正,经过这样的逐步调节即可达到闭环的精密输出。由此原理,可以将整个过程分成一下模块:PＷＭ波形输出模块，模拟电路模块，AＤ转换模块，数码管显示模块，键盘输入模块。控制过程基本思路为：首先从键盘输入一个电压值，并把该电压值在数码管上面显示出来，再由A／D转换模块对串联开关电源电路的输出端进行电压采集，将采集到的电压值与键盘输入的电压值进行比较,通过闭环算法，控制ＰWM的脉宽输出，由此控制串联开关电压电源电路，改变输出的电压值，使得输出值与设定的电压值相等。系统各单元模块电路设计键盘输入数据部分分别接到单片机的P2.4，P２．5,Ｐ２.6，P2．7。每路通过电阻进行上拉,可以编程实现控制单片机运行不同程序。为了判断键盘上面的按键是否有按下的，可以事先对P２.4，P2。5，Ｐ2。6,Ｐ２。７端口赋值，便可以知道具体是哪个按键被按下了。例如：P2。4=0，便可知道P２.４对应的按键已经按下了。键盘输入模块程序如下：voidｋey（）/／键盘扫描函数｛if(P２_６＝=0）{ｄeｌay（１0）；//延时去抖动ｉf（P２＿6==０）｛wｈile（Ｐ2＿６==0）iｆ（a＜9）｛ａ＋+；}elｓeａ＝0；｝}if（P2_5=＝０){deｌaｙ（10）；//延时去抖动if(P2＿５=＝0）{while(Ｐ2_5＝=０);if(b<9）｛b++;}elsｅ（b=0)；}iｆ（P２＿4=＝0)｛dｅlａy(10）；//延时去抖动if(P２_４==0）｛wｈile（P２_4==0）；if（c<5）{c＋+;｝eｌsec=0；}}if(P２_7=＝0)｛delay（１０)；if(P2_７＝＝0)｛whｉle(P2_7＝=0）；P1＿５=!Ｐ１_５;｝}｝2、数码管数据显示部分知道了上面在键盘输入的数值后,便要在数码管上面显示出来。该实验板的8位数码管是共阴极的数码管,使用端口为P0和P2．0—Ｐ2．4口,且为动态数码管，因此在同一时间，只有一个数码管是亮着，但由于人眼的视觉残留，使得看上去是全部一起亮着的.８位分别有段选和位选，段选就是要一个数码管显示的字型,而位选则是由低电平选中所要那一个数码管,该数码管才能亮.因此要使得数码管亮并显示数字，则必须在位选时该数码管的位选管脚出于低电平，然后再通过段选显示字型。如下图所示的数码管：数码管显示模块程序为：vｏidｄiｓplay(ｆｌoａtｘ）｛uinｔＭ,Ｎ,I；I=１０0＊ｘ／100;N=（１0０＊x-１０0＊I）/10；M＝１00＊x—10０＊I-１0＊N;P2_0=0；P０=ｔablｅ[０］;dｅlａy(１0）;P2_0=1;Ｐ2＿1=0；Ｐ0=ｇao＿table[Ｉ]；ｄeｌaｙ（１0)；P2_1＝1;P2_2=0；P0＝tａblｅ［N]；ｄｅlａｙ(10)；Ｐ2＿2=１;Ｐ2_3=０；Ｐ０=tabｌe[M];ｄｅlａy（１0);Ｐ2＿3=1；}３、控制PWM输出部分STＣ12C5A60S２系列单片机集成了两路可编程计数器阵列（PCＡ)模块，可用于软件定时器，外部脉冲的捕捉,高速输出以及脉宽调制(PＷM)输出.在该实验中主要用到PWM脉宽调制输出,通过对特殊功能寄存器初始化，就可以在P1.3（选择模式0时）或Ｐ1。４（选择模式1时）端口输出可调占空比的高速脉冲。ＰWM模块程序如下:voｉdPWM_Dｒv_Iniｔ（ｖoid){CCON=0;//初始化PＣＡ控制寄存器CＬ=０;／／初始化ＰＣA计数器CH＝0;ＣMOＤ=0x0８;CR=1；}voidPWM0_Drv_SetDuty（ｕnsｉgnｅｄｃhａrDutｙＶaluｅ）｛CCAP０H＝CCＡP０L=DｕtyValue;//设置看空比CＣAPＭ0=0x４2；CR=1;}PWM仿真图为：4、ＡD转换模块(完成万用表功能，即测量开关电源输出电压）STC１２Ｃ5Ａ60S2系列单片机自带有８路10位高速A/D转换器，在本实验中只用到其中的一路,故可以通过软件设计选择其中的一路用来测量电压。在不需作为A/D转换的端口可以继续作为I/O口使用。ＡD转换对特殊功能寄存器的初始化主要有ADC＿CONTR和A/D转换结果寄存器ＡDC＿REＳ(用来存放高八位）﹑ADＣ_RＥＳL（用来存放低两位）；在AＤＣ_CONＴR中包含有ADC电源控制位AＤＣ_POWＥR,模数转换器转换速度控制位ＳPEＥD1﹑SＰEＥD0,模数转换器转换结束标志位ADC＿FLAG，模数转换器(ＡDC)转换启动控制位ADC_SＴAＲT，模拟输入通道选择CHS1/CＨS2/CHS3。由于是2套时钟，在设置ＡＤC＿ＣONTＲ控制寄存器的语句执行之后，要经过４个CPU时钟的延时，其值才能够保证被这只进ADC＿ＣONＴR控制寄存器，所以设置ＡDＣ_ＣOＮＴＲ控制寄存器后，要加4个空操作延时才能正确读到AＤC_COＮTR寄存器的值.ADC的结构如下图所示：AＤ转化模块的程序为:voiｄＡDC_Dｒv＿Ｄeｍｏ(ｖoiｄ）{if(ADC_Ｆｉｎish_Flag＝=TＲUE）｛ＡDC_Ｆinｉsh_Flag=FALSE；ＡDC_Drｖ＿SｔarｔＣh(ADC＿cｈａnnel）；m=ADC_Ｒesuｌt［ＡＤC_chａnnｅｌ］＊５。0／1024;｝｝5、闭环控制算法这部分是整个实验中最重要的部分,该部分主要是通过A/D采集数据控制PWM输出，PWM控制开关电源输出，以达到稳定，即让开关电源输出电压稳定在键盘输入的电压值。针对前面的要求,则需要用单片机来完成所有的控制与计算。在该实验中,作为AD采集的端口为P1.７，PWＭ输出端口为P1。３，在采集完电压数据的时候把数据存放在ADC之中，而从键盘输入数值时,键盘上显示的是一个小数，但在单片机中存在中间变量ｔｅmｐ的是一个整数,为小数的100０倍,因此在引用数码管显示的数值时要将temp除以１00０才能得到实际的设置电压数值Ｖs；另一方面,采集回来的电压ADＣ要转换成实际的电压数值,则由下面的算法得出：真实值Vｒ＝ADV＊5。0/１０24.0在得到这两个数值之后对他们进行比较,要是Vr<Ｖs，说明采集回来的电压偏低，此时则要降低PWＭ输出脉冲的占空比；同理，当Vr〉Vｓ时,则要增大ＰWM输出脉冲的占空比，由此而使得串联开关电路的输出电压与事先所设置的电压值相同。实际测得的电压与设置的电压对比表格如下：Ｖs＜0．8０。8０。9１。01．11.21。3１。41.５１.61.7Ｖr—０.790．８90.９81.081.181.2８１。39１。491．5９1.７１.8１。92。０２。12．２2。32．42。5２.６2。72.８2。91。78１．88２。022。０８2。１72.２82．３82。5１2.582。6８2。７82．913.０3.1３。２３.33.43。53．６3。73.83.94.0>4．０2．983。123。193.２83．393。483.5９3。6８3。79３。9６３．9８-通过上面的表格可以看出来，虽然实际测出来的电压Vr和设置的电压Ｖs有一定的误差，但是总体还是在设置的电压附近波动，所能输出地电压范围为0.8v~4.０v。误差原因分析：(1）单片机电源不够稳定，在接入电脑后给单片机提供的电压小于5Ｖ（2）提供给ＡD转换的参考电压不够精确，使转化存在误差。心得体会通过这次实验让我知道理论需要联合实际，只有将自己所掌握的知识真正应用于实际才算真正的掌握了知识。在刚开始做的时候我对于单片机的知识理论只是有一些模糊的印象，不能真正掌握单片机的知识，比如用AD采样需要用单片机的哪些管脚,还有数码管需要用哪些管脚控制，并且哪些管脚控制段选,哪些控制位选。这些我都不太清楚,但通过请教才会用程序写出来。虽然这次实验做出来了，但是我还是有些知识无法真正掌握，比如定时器中断或定时，所以这次实验我只能用ｄelay延时来写.通过这次实验我还注意到细节决定一个程序是否能成功运行,比如我在写程序是应用了ｉf……else格式,可是因为在写的过程中括号没对齐，使程序没能成功运行，经过同学帮忙才成功运行.还有的细节就是关于键盘的防抖动问题。总体来说,我通过这次课程设计不单单学到了很多单片机和C5１编程的的知识，更多的是学会了学习的方法,能够将所学到的知识用到实验上面，可以把知识记得更清楚。这还更多地提高了在遇到实际问题时该怎样解决实际问题的能力.更深入地学习Ｃ语言,又可以更多地提高自己的逻辑，思考能力，使思维结构更严谨。希望在以后的学习之中可以更多地接触到这样的实验，那样就可以更好地提高自己的动手能力与对所学知识的运用能力本实验C程序源代码:/＊*＊＊*＊＊**＊*＊**＊*＊*＊*＊＊***＊＊＊*＊＊*＊*＊＊＊**＊*＊＊＊**＊**＊*****＊*＊＊＊*＊*＊＊＊*＊***＊＊＊＊＊＊＊／/*＊*文件名：开关稳压电源.ｃ＊＊***＊＊*＊*＊＊**＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊*＊*＊*＊*＊＊＊＊**＊********／/＊＊＊功能：设定电压初始值,使得输出电压值与数码管显示值相同***＊**＊＊＊*＊***＊＊**＊**/／*＊*单片机型号:STC1２Ｃ5Ａ60S２（带AD转换与PＷＭ脉宽调制输出功能)*＊＊***＊＊＊＊＊*＊＊／／＊*＊*＊**＊***＊＊****＊***＊＊＊＊**＊*＊＊****＊＊*＊*＊*＊＊＊*＊**＊＊***＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊＊*＊＊＊*//＊＊＊＊**＊****＊****＊＊*＊＊*＊*＊＊＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊**＊*＊*＊*＊**＊＊＊＊**＊＊＊＊＊*****＊**＊*＊**＊＊＊＊*＊/#inclｕdｅ”stｃ12c5ａ6０s2。ｈ"＃inｃｌｕｄe〈ｉntrins。ｈ〉＃ｄｅfiｎｅuinｔunsｉgneｄint＃defineuchaｒuｎsignedchａr＃dｅfiｎeTRUE1＃defiｎｅFAＬＳE０ｖoｉｄｄelay（ｕintｚ）；/／延时函数声明ｖoiddisplａｙ(floaｔm）;／/显示函数声明voidkey()；//键盘扫描函数voidADC_Dｒv_InｉtＣh（unsigｎedｃｈａrＣhNo）；ｖｏiｄADC_Ｄrv_StaｒｔCｈ（unｓigｎedｃharＣhNo);vｏidＡDＣ_Drｖ_Sｅrvice（voｉd）；ｖｏidADC_Dｒv_Demo（void);voiｄＰWM_Drv_Init（vｏid）；voidPWＭ0_Ｄｒv_SetＤuty（unｓｉgｎｅｄchaｒDutyValue)；ｕchaｒAＤC_channel=7；／/选中哪一个通道的变量（范围0--7）uｉntＡDC＿Resｕlt[8]＝0；／／保存ADC转换结果floａtm,n;ｕchａｒD；uｃhａｒcoｄeｔable［］={0xｃ0，0xf９，0xa４，0xb0，0x99,0x92，0x82，0xf8,０x80,0x90｝；uchaｒｃodｅgａｏ＿ｔable［］=｛０x40，0ｘ7９,0ｘ2４,０ｘ３０,0ｘ19,0ｘ12};sbitP2_0=P2＾0;sbitＰ2_1=Ｐ2^１；sbitP2_2＝P2^2;sｂｉｔP２_３=Ｐ2^3;ｓbitP2_4=Ｐ2＾４；sbiｔP２_5=P2^5；ｓbitP2_6=Ｐ2^6;sbitP２_7=P2^７；sbｉｔPWM0=P1^3；//定义ＰWM0的输出端sbiｔP1_5=P1^5;biｔADＣ_Fｉｎｉsh_Flａg=FＡLSE；／/ADC完成标志uinta，b，c；ｖoｉdmaｉn（)｛a=０，b=0，c=0,D＝１00；Ｐ1_５=0；ADC＿Dｒｖ_ＩｎitＣh(7)；ＡDＣ_Ｄrｖ_SｔaｒtCｈ(７)；PＷＭ_Ｄrv_Inｉｔ(）；whｉle(1）{kｅy（）;n＝ｃ+0。1＊b+0.01＊a;ＡＤC_Dｒv_Sｅrvice（）；ADC_Dｒv_Deｍo（）;PWＭ０_Dｒｖ_SetDｕｔｙ(D);ｉｆ（m＜n)｛iｆ((m+0。05）＞n)；elｓｅ{if(D<=0）D=0;elｓeD——;}｝if（m>n）{if（(m—0。０５）〈n);elｓe｛if(D〉＝２55）D=２5５；eｌｓｅD+＋;｝｝iｆ（Ｐ1＿5)ｄisｐlaｙ（m）;ｅlseｄisplａy(ｎ)；}｝vｏｉddｅlaｙ（uintz）/／延时函数{uiｎtx，y；ｆor（ｘ=z;x〉0；x—－）for(y=110;ｙ＞0；ｙ--）;}voｉdkｅy（）//键盘扫描函数｛if（Ｐ2_6==0){delay（１0)；／/延时去抖动ｉf（P2_6==０)｛ｗｈilｅ(Ｐ2_6=＝０）；iｆ(a＜9)｛a++；｝eｌsea=０；}｝if（Ｐ2＿5==０){ｄelａy（10）;/／延时去抖动ｉf(Ｐ２_5=＝0)｛ｗｈiｌｅ（Ｐ2_5==０）;if（b<９）{b+＋;｝else（b=0）；｝｝if(P2_４==0)｛delａy(10)；//延时去抖动iｆ(P２_4＝＝0){ｗhiｌｅ(P2_４==0）；iｆ（ｃ＜5）{c＋+;｝ｅlsec＝0;｝}if(Ｐ２_７==０){deｌaｙ(１０)；if(Ｐ2_7＝=０）{ｗhｉle(P2＿7==0);Ｐ1＿5＝！P１_5；｝}｝voiddiｓplay（floａtx）{ｕintM，N，Ｉ;I=１00*x/100；N=（10０＊x－100＊I）/１０；M=10０＊x－1０0＊Ｉ—10*N；P2_0=0;P0=table[0]；dｅlａy（1０）;P2_０=1；P2＿1=０；P0=ｇao_table［I]；ｄｅlay(１0）；P2＿1＝1;P2_2＝0;P０=tａｂle[Ｎ］；delay(1０)；P2_2＝1;P２_3＝０；Ｐ0＝ｔable［M］；delａｙ（10);P2_3=1；}voidＡDC_Drｖ_ＩnitCh(ｕnｓｉgｎeｄｃhaｒChNo)｛P1ASF=Ｐ1ＡSＦ｜（0x01＜＜ChNｏ)；/／初始化相应通道工作在AD模式下｝voｉdAＤＣ＿Dｒv_StartＣh（ｕchaｒChNｏ）//转换启动｛uintDｅlay=0x０0;P1ASF=P1AＳF｜（0x01<<ChNo）;/／初始化相应通道工作在ＡD模式下ＡDC_ＲES=0；/／ＣlｅａrｐreｖｉoｕsresuｌtADC＿COＮＴR=ADC_ＰOWER｜AＤC_SPEEDLL｜AＤC_STAＲT|ChＮo；／／ｆor（Delay=０ｘ0０;Delａy<5０0；Delａy++）；／/AＤCpoｗer-ｏnanddelayIＥ=0xA0｜IE；//可位寻址中断允许寄存器用于AD中断EA=1;/／单片机CPU总中断}voｉｄＡDC＿Drｖ_Seｒｖice（voiｄ）｛ADC_Result［ADC_chanｎel]=ADＣ＿RＥＳ；ADC_Ｒesult［ＡDC＿channel］=(AＤC_Reｓulｔ［ADC_channｅl]〈〈2）|ADC_RESＬ;ADＣ＿Ｆinisｈ_Flaｇ=TRUE；｝vｏidADC＿Ｄrv＿Deｍo（void）{if（ADC_Fｉnish_Flａｇ==TＲUE)｛ADC_Finiｓh＿Flag=FALSＥ;ADC＿Drｖ_ＳtａｒtCh（ADC_channel）；ｍ＝ADＣ＿Reｓult［AＤC_ｃhａnnｅl]＊5。０／１０24;｝｝voiｄＰＷＭ＿Ｄrｖ_Iｎiｔ（void){CCOＮ=0;//初始化ＰCA控制寄存器CＬ＝０；/／初始化PCA计数器ＣH=0;CＭOＤ＝0x０８；CR=１;｝vｏiｄPWＭ０＿Drv_SetDuty(unsignedcｈarDuｔyＶaｌue）｛CＣAP0H=CCAＰ０Ｌ=DutyValｕｅ；//设置看空比ＣCAPM０=０x42；CR=1；}2.基于单片机控制的开关电源的可选设计方案由单片机控制的开关电源,从对电源输出的控制来说,可以有三种控制方式，因此，可供选择的设计方案有三种:(1)单片机输出一个电压(经Ｄ/AC芯片或PWＭ方式）,用作开关电源的基准电压。这种方案仅仅是用单片机代替了原来开关电源的基准电压，可以用按键设定电源的输出电压值,单片机并没有加入电源的反馈环，电源电路并没有什么改动。这种方式最简单。（２）单片机和开关电源专用PＷＭ芯片相结合.此方案利用单片机扩展A/D转换器,不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，调整D/Ａ转换器的输出，控制ＰWM芯片,间接控制电源的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中，代替原来的比较放大环节,单片机的程序要采用比较复杂的PIＤ算法.(3)单片机直接控制型。即单片机扩展Ａ/ＤC,不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差,输出PＷM波,直接控制电源的工作。这种方式单片机介入电源工作最多。3。最优设计方案分析三种方案比较第一种方案:单片机输出一个电压(经D/AC芯片或ＰWM方式），用作开关电源的基准电压.这种方案中,仅仅是用单片机代替了原来开关电源的基准电压，没有什么实际性的意义。第二种方案：由单片机调整D／AＣ的输出，控制PWM芯片，间接控制电源的工作.这种方案中单片机可以只是完成一些弹性的模拟给定，后面则由开关电源专用PWM芯片完成一些工作。在这种方案中，对单片机的要求不是很高，5１系列单片机已可胜任；从成本上考虑，51系列单片机和许多PWM控制芯片的价格低廉;另外，此方案充分解决了由单片机直接控制型的开关电源普遍存在的问题——-由于单片机输出的的ＰＷM脉冲频率低，导致精度低，不能满足要求的问题。因此,单片机和PWM芯片相结合，是一种完全可行的方案。第三种方案：是最彻底的单片机控制开关电源,但对单片机的要求也高.要求单片机运算速度足够快，且能输出足够高频率的ＰWM波。DSＰ类单片机速度够快,但价格也很高，占电源总成本的比例太大，不宜采用。廉价单片机中,AVR系列最快，具有ＰWM输出,但AVR单片机的工作频率仍不够高，只能是勉强使用。比较分析后的结论。通过以上比较分析，笔者的认为：第二种方式，即单片机和开关电源专用ＰWM控制芯片相结合是目前基于单片机控制的开关电源的最优设计方案.4.基于８９c５1单片机控制的开关电源根据上述最优设计方案的结论，下面举出一个基于此最优方案下的实例,本实例根据典型P