基于微控制器的数控DC电流源系统设计

文章摘要：系统键盘模块可以采用独立式连接方式或行列式（矩阵式）连接方式，该模块的功能主要完成对输出电流和其他信息的设定。直流稳压电源模块为整个系统供电；语音模块实现语音提示，使系统设计更具人性化，系统具有友好的工作界面。凌阳单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF等模块，语音功能可由软件编程实现，不需要外接任何电路，有效的利用了系统资源。www.88dzw.com 系统工作及软件流程 在工作过程中， SPCE061A单片机将被预置的电流值通过换算进行D/A转换，以输出电压驱动V/I转换电路实现电路输出，并将该电流值对应的电压值通过闭环回路，经A/D转换后输入单片机

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　　系统键盘模块可以采用独立式连接方式或行列式（矩阵式）连接方式，该模块的功能主要完成对输出电流和其他信息的设定。直流稳压电源模块为整个系统供电；语音模块实现语音提示，使系统设计更具人性化，系统具有友好的工作界面。凌阳单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF等模块，语音功能可由软件编程实现，不需要外接任何电路，有效的利用了系统资源。

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    　　系统工作及软件流程

          在工作过程中， SPCE061A单片机将被预置的电流值通过换算进行D/A转换，以输出电压驱动V/I转换电路实现电路输出，并将该电流值对应的电压值通过闭环回路，经A/D转换后输入单片机系统，再通过PID算法调整电流输出。整个系统工作流程图如图4所示。

                                                  图4 系统工作流程图

　　系统软件设计在凌阳十六单片机应用开发工具unSPIDE1.16.1中进行，采用凌阳单片机汇编语言和标准C语言对单片机进行编程。主要实现5个功能：(1)系统的初始化，包括各外围接口设备的初始化;(2)键盘输入;(3)D/A、A/D转换; (4)PID算法进行电流调整;(5)语音提示和电流显示。其主程序流程图如图5所示。

                                                  图5 主程序流程图

　　A/D转换部分程序主要用于将采样电阻采到的模拟电压信号转换为数字信号。采样信号由IoA6输入并直接送入缓冲器P_ADC_MUX_Data，在ADC自动方式被启用后，会产生一个启动信号，此时，RDY=0，DAC0的电压模拟量与外部的采样模拟比较，以尽快找出外部信号模拟量的数字量，A/D转换的结果保存在SAR内。当10位A/D转换完成时，RDY=1，此时，通过读P_ADC_MUX_Data单元可以获得10位A/D转换的数据。其IRQ1 中断服务程序的流程图如图6所示。

                              图6 IRQ1中断服务程序的流程图

　　PID算法程序主要用于修正实际输出的电流值和设定值的偏差，调节下一次的输出值，使输出更接近于设定值，提高精度。具体控制过程为单片机经A/D芯片读出实际电流Ik，然后和设定的电流Is比较，得出偏差值Ek=Is-Ik，单片机根据Ek的大小，调用PID公式，计算出本次电流调节的增量Δik，然后根据前一次的D/A转换后输出电流Iq-1，计算出本次电流的输出Iq。

　　离散增量PID的计算公式为

　　ΔIk=Kp[(Ek-Ek-1)+K1Ek+KD(Ek-2Ek-1+Ek-2)]

　　=Kp(Ek-Ek-1)+K1’Ek +KD’(Ek-2Ek-1+Ek-2)

　　式中，K1’= Kp.K1, KD’= Kp×KD，Ek为本次采样时刻的电流误差，Ek-1为上次采样电流误差，Ek-2为再次采样电流误差值。

　　为了测试系统运行的准确性和可靠性，将设定量与反馈量的进行测试对比，误差在0.01%之内，并且运行稳定，达到了预期目的，还增添了特色的音频播放设计。

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