一款基于STC12C5A60S2與PID算法的數(shù)控電源

　　一些開環(huán)式電源容易受負(fù)載的影響，當(dāng)負(fù)載變化時，輸出電壓波動較大。為了解決這個問題，本系統(tǒng)設(shè)計一個電壓反饋電路，使系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，即：輸出電壓經(jīng)分壓電阻后得到適合單片機(jī)采集的電壓，經(jīng)電壓跟隨器后輸入到STC12C5A60S2單片機(jī)的ADC0腳。系統(tǒng)利用單片機(jī)內(nèi)置的ADC對輸出電壓進(jìn)行實(shí)時測量，以調(diào)整PWM信號的占空比。系統(tǒng)電壓反饋電路如圖7所示。

　　2.5 按鍵控制與顯示電路設(shè)計

　　一個數(shù)控電源人機(jī)交互界面是必不可少的，它包括按鍵控制電路和顯示電路。

　　為了簡單便捷地輸入設(shè)置電壓，系統(tǒng)采用4個輕觸開關(guān)作為控制按鍵。按鍵功能分別為：步進(jìn)增加、步進(jìn)減小、輸出增加、輸出減小。

　　本系統(tǒng)要進(jìn)行設(shè)置電壓、步進(jìn)電壓的顯示，顯示電路通常有液晶顯示或數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管成奉低、壽命長，但顯示內(nèi)容過少、線路復(fù)雜且亮度受供電電源影響較大，故本系統(tǒng)選擇使用低功耗、無閃爍、可靠性高的LCD1602液晶。

　　系統(tǒng)按鍵控制與顯示電路如圖8所示。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1 總體軟件設(shè)計

　　該數(shù)控電源軟件設(shè)計主要包括：PWM信號產(chǎn)生程序、ADC采樣程序、PID控制算法程序、按鍵處理程序、數(shù)據(jù)顯示程序。系統(tǒng)總體流程圖如圖9所示。系統(tǒng)開始進(jìn)入初始化程序，包括LCD1602初始化、PID程序初始化、PWM相關(guān)寄存器初始化等。單片機(jī)處于按鍵檢測狀態(tài)，有按鍵輸入時，調(diào)用按鍵控制程序，輸出一定占空比的PWM，并將設(shè)定的電壓值顯示于LCD1602。另外，單片機(jī)對經(jīng)BUCK電路輸出的電壓進(jìn)行ADC釆集，與設(shè)定值比較得到PID控制的各項參數(shù)，經(jīng)PID算法，調(diào)節(jié)PWM占空比，最終得到與設(shè)定值非常接近的輸出電壓。

　　3.2 PID軟件設(shè)計

　　數(shù)控電源的PID算法系統(tǒng)組成形式如圖10所示。系統(tǒng)通過按鍵設(shè)定一定的電壓值r后，給出相應(yīng)占空比值，同時單片機(jī)通過ADC采集輸出電壓，得到測量值z，與給定值對比得到偏差e，計算出PID算法中所需的P、I、D變量值，最終得到準(zhǔn)確的被控量y。

　　4 實(shí)驗(yàn)測試

　　按鍵沒定輸出電壓和實(shí)際輸出電壓測試，其結(jié)果如表1所示。數(shù)控電源輸出的紋波測試如表2所示。由表1可見，輸出電壓值越低，偏差越小;輸出電壓值越高，偏差越大，但均不大于0.1V。由表2可見，輸出電壓越高，紋波越大，但均小于1%。由此可見，系統(tǒng)有較高的精準(zhǔn)度。

　　5 結(jié)論

　　測試結(jié)果表明，文中設(shè)計的基于STC12C5A60S2單片機(jī)的數(shù)控電源能夠較精確地輸出設(shè)定的電壓值，通過運(yùn)用PWM技術(shù)和PID算法對輸出的電壓進(jìn)行快速地調(diào)整，得到較精確的電壓值。系統(tǒng)控制精度高、反應(yīng)速度快、輸出穩(wěn)定、操作簡單，具有一定的實(shí)用價值。