直流稳流电源电子设计大赛论文

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1、直流稳定电源设计报告--------------初赛报告设计小组成员：完成时间：直流稳流电源设计—16—一、设计指标1、基本要求（1）输出电流范围：200mA～1A；（2）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+5mA；（3）纹波电流≤1mA；（4）自制电源。2、发挥部分（1）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1％+10mA；（2）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；输出电流范围为20mA～1000mA，步进1mA；（3）设计、制

2、作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1mA；（5）纹波电流≤0.2mA；（6）其他。二、设计过程摘要：—16—本系统以芯片56F807为核心处理器，主要负责A/D采集、D/A输出和PID算法的计算。在恒流电源控制电路中，采用大功率达林顿管提供恒流电源所需要的大电流，负载可变，输出电压在10V以内变化。D/A输出电压控制输出电流在20mA到1A之间调节，并

3、保持稳定。本系统采用单闭环负反馈PID(比例、积分、微分)算法控制，缩短上升时间，减小超调量，减小了输出电流的偏差。采用总线接口键盘，具有设定值调整，微调（步进量1），粗调（步进量10）三种调整功能，中文LCD，可同时显示设定值，实际值和测量误差的绝对值。本系统具有超压保护和报警功能。我们自行设计了15V电源为系统供电。1、方案比较，设计与论证1.1控制方案比较方案一:（见图1）此方案是传统的模拟PID控制方案，其优点是不占用CPU处理器的时间，对处理器性能的要求比较低。但模拟PID控制方式的参数不易匹配，调节时间长，难以

4、把精度做得很高，并且难以实现题中要求的良好的人机交互功能。图1控制方案一框图方案二:（见图2）此方案采用摩托罗拉16位DSP芯片56F807为核心处理器来实现，该平台具有高处理速度，适合实现复杂的算法和控制。这种方案可以方便地实现PID的控制算法。本设计采用了方案二。图2控制方案二框图—16—1.2检测方案比较方案一直接对负载进行采样直接对负载进行采样简单易行。但由于负载电阻为可调节电阻，输出可能有电流可能会受接触电阻的变化而不稳定，故不宜选取。方案二对采样电阻进行采样采样电阻采用标准精密电阻，阻值稳定，将阻值的变化对电流

5、的影响降低到最小程度。另外，对采样电阻进行采样，有效避免了外接测量电路对电流的影响。因此采用方案二。2、理论分析2.1PID控制算法PID是一种在单片机控制中常用的算法,PID控制由于其具有控制方法简单、稳定性好、可靠性高和易于现场调试等优点，被广泛应用于工业过程控制。其输入e(t)与输出u(t)的关系为[1]数字PID控制算法是以模拟PID调节器控制为基础的，由于单片机是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量。但是如果采样周期T取得足够小，采用数值计算的方法逼近可相当准确，被控过程与连续控制十分接近。离散化后的

6、PID算式为：[1]式中：K:比例系数uo:偏差为零时的控制作用Ti:积分时间Td:微分时间T:采样时间以上公式称为位置式算法。由它可推出增量式算法：—16—在本设计中采用了增量式算法，这是由于增量式算法只需保持以前三个时刻的偏差即可，既节省了资源又不会产生较大的积累误差。式中各系数由反复实践后确定，实验证明，这种控制方式可以加快系统阶跃响应、减小超调量，并具有较高的精度。3、系统设计3.1系统结构图(如图3所示)图3系统结构图本系统由处理器56F807、可调控制电路、可调电流源主回路、电源电路、数据采集、数据输出、反馈电

7、路和人机交互接口构成。3.2处理器性能介绍采用DSP(DigitalSignalProcessor)数字信号处理芯片作为中央处理芯片。DSP采用哈佛结构和多重流水线结构。采用哈佛结构将程序空间与数据空间分开编址，使读程序和读/写数据可以同时进行，并行的流水线处理使多条指令并行处理，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。片内的快速RAM通常可以在两块空间中同时寻址；具有低开销或无开销的循环和跳转硬件支持；具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；可以并行执行多个操作；在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。与同主频CPU相比

8、，芯片的处理速度大大加快，适合本题目的实时数据处理。与普通的8位单片机最小系统板相比，拥有更多的片内资源：具有更多数目的I/O口，提供更多的可与外部资源的连接；具有内部集成，高精度、高速率的12位A/D转换器,具有提高了采样精度，避免了外围电路对采样的干扰；集成了同步外围串行接口，提高了与外围器件之间的