比例电磁阀驱动电源软件设计

分类号：TP 2 编号：BY 15 5033 10/11/2 14-0703

沈阳化工大学

本科毕业论文

论文提交日期：2011年 6月 27日

论文答辩日期：2011年 6月 28日

题 目：比例电磁阀驱动电源软件设计

院 系： 信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0703 学生姓名： XXXX 指导教师： XXXX

毕业设计（论文）任务书

电气工程及其自动化专业

电气0703班

学生：XXX

毕业设计（论文）题目：比例电磁阀驱动电源软件设计 毕业设计（论文）内容：1)利用PWM控制技术实现比例阀电流闭环控制； 2)采用单片机及相关驱动电路完成比例阀驱动电源设计； 3)为产品的实用化作必要的前期研究工作。 毕业设计（论文）专题部分：1)在比较各种方案优缺的点基础上，完成比例电磁阀电流PWM闭环控制电源的软件设计及试制；2)利用单片机设计电流可调式、电流跟踪式比例阀电源各功能块软件，并与硬件系统联机调试； 起止时间：2011年03月---2011年06月 指导教师： 签字 年 月 日 教研主任： 签字 年 月 日 学院院长： 签字 年 月 日

摘要

本文以国外比例阀电源控制器的功能和技术参数为参考，致力于将外部标准输入信号转换成PWM电压信号,通过控制驱动PWM电压的占空比，实现控制主电路的大信号;通过闭环设计，补偿线圈的温升影响，使比例电磁阀的电流稳定，保持比例阀的开度不变，达到提高流量的控制精度的目的；同时，通过增加频率可调环节，选择适用于比例阀的最优脉动性。由于控制途径是采用电流闭环控制,保证了电流的稳定性。经过仿真与实验分析，完成了单片机控制器的设计。

在硬件电路设计方面，根据本设计控制对象的特点，本文采用了STC12C5A60S2为核心控制器件在使用特殊功能寄存器功能下的PWM驱动电路方案，将理论计算和面包板调试相结合的方法,实现了主电路和驱动控制电路的参数研究，完成了控制主电路,PID调节电路和电流反馈控制电路的设计工作。其中工作主电路部分主要使用单片机直接输出PWM控制信号。

本文设计最后进行了实际测试，实验结果表明本文所设计的电路基本都能满足控制要求，对电磁阀平稳、宽范围内的流量控制有着明显的作用。

关键词： 电磁阀； 单片机； PWM； PID

Abstract

In this paper, the proportion of foreign power controller valve function as a reference, is committed to an external standard voltage input signal into a PWM signal, PWM voltage by controlling the duty cycle of drive to achieve control of the main circuit of the large-signal; through closed-loop design, the compensation coil The temperature rise, the solenoid valve with a stable current to maintain the same ratio of valve opening, to improve the accuracy of flow control purposes; the same time, by increasing the frequency adjustable links, choose the best for the pulse of proportional valve . As the current control approach is the use of closed-loop control to ensure that the current stability. Through simulation and experimental analysis, completed the micro-controller design.

In circuit design, according to the characteristics of the design control object, we use as the core control device STC12C5A60S2 SFR functions using the PWM drive circuit under the program, the theoretical calculations and bread board debugging method of combining to achieve the main circuit and drive control circuit parametric studies, completed the main control circuit, PID regulator circuit and current feedback control circuit design. The major part of the main circuit which work directly with the microcontroller output PWM control signal.

Finally, this design was the actual test, experiment results show that the design of the control circuit to meet the basic requirements of the solenoid valves smooth, wide range of flow control has a significant role.

Key words: Solenoid valve； SCM； PWM； PID

目 录

第一章 国内外发展概况 ..................................... 1 1.1 国际驱动电源现状 ...................................... 1 1.2 国内驱动电源现状 ...................................... 1 1.3 比例电磁阀驱动电源设计的意义 .......................... 2 第二章 比例电磁阀电流环控制优缺点 ......................... 3 1.1与开环控制比较优点 .................................... 3 1.2与电流流量双闭环控制缺点 .............................. 3 第三章 比例电磁驱动电源设计原理 ........................... 4 3.1 总体方案 .............................................. 4 3.2 基本思路 .............................................. 4 3.2.1 比例电磁阀简介 .................................... 5 3.2.2 硬件要求 .......................................... 5 3.3 比例电磁阀驱动电源的功能 .............................. 5 3.3.1 功能简介 .......................................... 5 3.3.2 技术指标 .......................................... 6 3.3.3 优点 .............................................. 7 第四章 硬件系统设计分析 ................................... 8 4.1 控制电路 .............................................. 8 4.2主电路 ............................................... 10 4.3 放大电路 ............................................. 11

4.4 按键与显示电路 ....................................... 12 第五章 软件系统设计 ...................................... 13 5.1 软件设计的整体思路 ................................... 13 5.2 编程工具Keil uVision4 ............................... 13 5.2.1 Keil的概述 ....................................... 13 5.2.2 Keil uVision4的组成 .............................. 14 5.3 初始化 ............................................... 14 5.3.1 系统的始化 ....................................... 14 5.4 主程序 ............................................... 14 5.5 子程序 ............................................... 16 5.5.1 系统时钟初始化子函数 ............................. 16 5.5.2 7279芯片初始化 ................................... 17 5.5.3 定时器0初始化子函数 ............................. 18 5.5.4 PWM初始化子函数 .................................. 19 5.5.5 延时子函数 ....................................... 21 5.5.6 数码管显示子函数 ................................. 21 5.5.7 键处理子函数 ..................................... 22 5.5.8 PWM处理子函数 .................................... 22 5.5.9 AD转换子函数 ..................................... 22 5.5.10 PID算法子函数 ................................... 24 第六章 实验结果及数据分析 ................................ 26 6.1 Proteus仿真软件简介 ................................. 26

6.2 调试中出现的问题及实验结果 ........................... 26 6.2.1 调试中的问题 ..................................... 26 6.2.2 实验结果 ......................................... 27 结束语 ................................................... 29 致 谢 ................................................... 30 参考文献 ................................................. 31 附录A 硬件原理图 ........................................ 32 附录B 显示电路原理图 .................................... 33 附录C 硬件实物图 ........................................ 34

沈阳化工大学学士学位论文 第一章 国内外发展概况

第一章 国内外发展概况

1.1 国际驱动电源现状

根据美国半导体产业协会（SIA）的预测，从2009年到2011年，全球半导体销售额的年复合增长率（CAGR）约为9.7%从地理位置来看，SIA预计亚太地区（日本除外）是增长最迅速的地区，从年到2012年将以14.1%的CAGR增长——市场规模从年的1504亿美元。亚洲的市场占有率预计将增加所有地区的占有率则下降。

SIA主席George Scalise在2009的最大应用市场，但消费电子将是带动市场成长的最主要力量。与此相同，市场调查公司Databeans经从历来的线性成长趋势一跃而为指数成长。收427亿美元，占2140亿美元的整个半导体市场的2012年消费电子产品市场占有率应该达到1.2 国内驱动电源现状

我国的电源技术研究，从理论到实验、仿真，与世界水平比较是不低的，在一些方面还常有突破，但是在产品方面，结构和工艺的差距就明显了。现在看来，我国电源企业据统计大小有几千家。有条件的企业能实现整机系统集成、品体积小，具有明显优势，若价格便宜又能大量供货，自然就会占领市场。而那些中小企业或者被兼并或者自然淘汰。

现在我国一些大公司生产的开关电源，定数量的出口。在国内的研究领域已出现了一些可喜的动向，驱动电源研究却很少，如对德国Burket要求的效果。

2011年将达3090亿美元。

20092008年的888亿美元成长到20117个百分点，达到48.6%，而其它11月中旬指出，虽然IT产品继续是半导体

在最后的一份报告中表示，消费电子市场已Databeans 估计2008年消费半导体营20%左右。平均每年成长12%，到22%，大约810亿美元。

全自动的生产，产性能完全可以和进口产品竞争，因而有一然而对一些固定产品的电磁阀的驱动，国内的驱动电源很难达到其1

，到年沈阳化工大学学士学位论文 第一章 国内外发展概况

1.3 比例电磁阀驱动电源设计的意义

随着机械控制和工业，医疗的发展，比例电磁阀以其显著的优越性，已成为现代一些重工业和清工业控制领域的发展趋势之一。

而综观中国市场对电磁阀的需求，犹如一个金字塔结构。塔尖为进口产片所有，以质精,价高，量小垄断着高端用户。塔的中部事外商独资，合资企业的地盘，对应要求阀门质量上乘，价格适中的中高端用户。至于内资企业基本上是在塔底徘徊，拼数量，拼价格的方式争夺着低端用户。随着中国用户采购行为的日趋理性化，与质量越来越受到重视，独资，合资企业的产品也越来越受到青睐。同时，独资合资企业又不断通过用提高质量，降低成本的方式蚕食着进口产品的份额用户之所以选择进口产品的最终因素就是质量，质量是品牌决策的关键，面只要在承受的范围之内宁可选择较贵一点但品质有保证的产品。节约维护成本，还可以减少不必要的时间浪费。

为了实现比例电磁阀平稳，宽范围的调节要求，就需要优化比例电磁阀驱动技术来提高流量的稳定性。我国的电源技术研究，从理论到实验仿真，不低的，但是在产品方面，结构和工艺的差距就明显了。

目前我国主要应用国外电磁阀厂商自带的驱动电源，这就加大了成本的投入。了能够使电磁阀发挥更好的性能，优质的驱动电源是必不可少的，际的工作意义。

2

以品牌[1]。

价格方为因为这样不但可以与世界水平相比是因此本设计具有实沈阳化工大学学士学位论文 第二章 比例电磁阀电流环控制优缺点

第二章 比例电磁阀电流环控制优缺点

1.1与开环控制比较优点

开环控制控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，开环控制能够保持一定的精度。缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。闭环控制闭环控制系统特点：过程有直接影响。闭环的作用：应用反馈，减少偏差。优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。

电流闭环控制与电流开环控制相比之下，有许多优点。其一就是电流实时跟踪，确保电流实际值与设定值几乎一样，1.2与电流流量双闭环控制缺点双闭环控制包含电流和流量两个闭环控制，使控制更精确，控制种类更多样化。且外界干扰较小，

输出量对控制其二就是闭环控制比开环控制稳定。

3

输出端和输入端之间存在反馈回路，使工作稳定；

沈阳化工大学学士学位论文 第三章 比例电磁驱动电源设计原理

第三章 比例电磁驱动电源设计原理

3.1 总体方案

利用脉宽调制技术实现的电流闭环装置由STC12C5A60S2单片机构成主控部分，进行主要的PWM输出，以及占空比和频率可调的控制信号，并完成对于电流闭环的处理[2]。本设计主要有单片机产生PWM新号，驱动MOS管，从而控制主电路里的比例电磁阀，并通过采样电阻采集反馈电流，由于采样信号弱，通过放大器放大给单片机AD，经过软件PID算法完成电流闭环。总体方案见图3.1。

VCC 电磁阀 放大器 电磁阀 358 采样电阻 单片机输出PWM MOS管 光耦 STC12C5A60S2 TLP250 二极管

图3.1 总体方案图

3.2 基本思路

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 比例电磁驱动电源设计原理

3.2.1 比例电磁阀简介

比例电磁阀的工作关键是确保活塞上的作用力保持平衡。这些平衡力包括专门为比例电磁阀配置的弹簧产生的机械力和电流通过线圈产生的磁力。弹簧产生的力被磁力成比例地抵消。比例电磁阀实际图见图3.2。

通常，人们认为比例阀会对供给电压做出成比例的反应。但是，实际上，电流通过线圈会使线圈变热，下降，并进而使磁力变小。最终，阀门将会慢慢关闭。为避免出现该问题，您可以使用稳定的电流供应。3.2.2 单片机能输出反馈电流，通过放大电路反馈到单片机3.3 比例电磁阀驱动电源的功能3.3.1 （（（（

图3.2 比例电磁阀实际图

并最终使内部电阻变大。在恒定电压下，电阻变大将会使电流电流应独立于线圈电阻。唯一的缺点是这种设备比供压设备昂贵。PWM信号，驱动MOS管间接驱动比例电磁阀，使用采样电阻测得[3]。

单片机可输出可调占空比和可调频率的PWM。

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硬件要求

功能简介

1）STC12C5A60S22）控制器可做电流源使用，并且可调。3）控制器自带报警功能，电流过大会自动切断电源。4）控制器自带指示灯，可以指示报警状态。沈阳化工大学学士学位论文 第三章 比例电磁驱动电源设计原理

（5）此控制器兼容性强，可用于多种型号的比例电磁阀。

3.3.2 技术指标

由于比例电磁阀负载是一个线圈，就是说是感性负载，电流流过感性负载的时候，会有磁滞，所以本设计采用脉宽调制技术，尽量排除磁滞，使在同一电流时，比例电磁阀的开度一样。恒流电源与含PWM的电源比较如图3.3。

普通直流电源21.81.61.41.210.80.60.40.200.35流量（L/min）流量曲线0.450.550.65电流（A）0.750.850.95

图3.3 恒流电源流量曲线图

PWM式电源180160流140量（120L100/80mi60n40）2000.150.250.350.45电流（A）0.550.650.75流量曲线图3.4 含PWM的电源流量曲线图

电流的脉动量与比例电磁阀流量滞环有关，最好结合PWM电流波形说明，采用PWM开环电流控制后，流量滞环减小。

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 比例电磁驱动电源设计原理

3.3.3 优点

此设计有很多优点：

（1）输出电流精度高，稳定性好。 （2）抗干扰能力强。

（3）报警准确。避免发生损坏电磁阀的现象。 （4）使用方便。按键与显示简介易懂。 （5）实时显示与设定状态独立。

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沈阳化工大学学士学位论文

第四章 硬件系统设计分析

本设计的硬件主要包括控制电路、隔离电路、驱动电路、采样电路、反馈电路和

第四章 硬件系统设计分析

放大电路等。下面，针对每种电路作详细介绍。

4.1 控制电路

控制电路由单片机最小系统组成，包括单片机、晶振、复位电路。单片机最小系

统较为简单，只需接11.0592MHZ晶振，30PF电容和10K的复位电阻就可了,STC12C5A60S2是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高

性能CMOS8位微处理器。它可以反复擦除10万次，512×8位内部RAM，32编程I/O线，三个16位定时器/计数器，8个中断源，低功耗的闲置和掉电模式单片机原理图见图4.1。

图4.1 单片机原理图

8

以

[4]。

个可

沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展。C语言是一种通用的计算机程序设计语言，既可以编写计算机的系统程序，也可以编写一般的应用程序。[2]Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil提供了包括连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，开发环境（uVision）将这些部分组合在一起[7]。

5.2.2 Keil uVision4的组成

C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试。

5.3 初始化

5.3.1 系统的始化

对各个引脚分别初始化，清空各个芯片的片选，对变量，系统时钟，定时器0、PWM，AD初始化,开启总中断。

5.4 主程序

主程序流程图见图5.1所示。

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C编译器、宏汇编、通过一个集成C51 for Windows和for Dos的C51及A51编译器编译生成L51Hex文件，以供调7279芯片，沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

开始 变量初始化 始终初始化 7279初始化 T0初始化 PWM初始化 延时子函数 PWM处理子函数 按键处理子函数 显示处理子函数 主函数 0 key_fla1 按键处理 显示处理 PWM处理

图5.1 主程序流程图

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

系统上电后，首先对单片机系统的各个控制引脚初始化，以确保各硬件功能块正常工作。系统初始化后，则对任务初始化，使各个任务处于正常状态。在While循环中则不停的查询任务标志的状态，取出处于就绪状态的任务标志。根据任务的标志调用相应的子函数，在子函数中使任务处于非就绪状态。当完成就绪的任务后，返回到主函数，继续查询任务状态。在主函数中，常量SYS_TIMER_TASK、PT2272PROCTASK、DETECTPROCTASK……的顺序是根据任务的紧急情况来排列的。即当两个以上的任务同时处于就绪状态时，则执行值小的（情况紧急的）事件，然后执行次级任务[8]。

5.5 子程序

5.5.1 系统时钟初始化子函数

STC12C5A60S2系列是1T的8051单片机，系统时钟兼容传统8051。 是1T的8051单片机，系统时钟兼容传统8051。

时钟分频见图5.2。

图5.2 时钟分频图

STC12C5A60S2系列单片机有两个时钟源：内部R/C振荡时钟和外部晶体时钟。现出厂标准配置是使用芯片内部的R/C振荡器，5V单片机常温下频率是 5V单片机常温下频率是 单片机常温下频率是11MHz - 17MHz,3V单片机常温下 单片机常温下频率是8MHz - 12MHz,因为??温度的变化，内部 因为??温度的变化，内部R/C振荡器的频率会有一些温飘，再?上制造误差，故内部R/C振荡器只适用于对时钟频率要

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

求不敏感的场合。

时钟结构见图5.3。

图5.3 始终结构图

本系统中采用的单片机是STC12C5A60S2，它比传统51单片机多了许多总要功能，其中一点就是它的速度是普通单片机的12倍，本系统未分频，外部晶振是12M的话，即可达到12M/s。

5.5.2 7279芯片初始化

时序图见图5.4。 （1）纯指令

（2）带数据指令

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

（3）读键盘指令

图5.4 7279时序图

使用7279芯片前，必须读懂时序图，这样才能写好程序，使所想功能得到实现，不然写出的程序不能和所想同步。

5.5.3 定时器0初始化子函数

定时器0的初始化是为了使输出的PWM频率可调，这是STC12C5A60S2单片机特有的功能，定时器0的初始化，使频率可调平滑、范围宽[9]。

STC12C5A60S2系列单片机有4个定时器，其中定时器0和定时器1两个16位定时器，与传 单片机有4个定时器，其中定时器0和定时器1两个16位定时器，与传统8051的定时器完全兼容，也可以设置为1T模式，当在定时器1做波特率发生器时，定时器0可以当两个8位定时器用（另外2路PCA/PWM可以再实现2个16位定时器）。

STC12C5A60S2系列单片机内部设置的两个16位定时器/计数器T0和T1都具有计数方式和 单片机内部设置的两个16位定时器/计数器T0和T1都具有计数方式和定时方式两种工作方式。对每个定时器/计数器（T0和T1），在特殊功能寄存器TMOD中都有一控制位— C/T来选择T0或T1为定时器还是计数器。定时器/计数器的核心部件是一个

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

加法（也有减法）的计数器，其本质是对脉冲进行计数。只是计数脉冲来源不同：如果计数脉冲来自系统时钟，则为定时方式，此时定时器/计数器每12个时钟或者每1个时钟得到一个计数脉冲，计数加1；如果计数脉冲来自单片机外部引脚（T0为P3.4,T1为P3.5），则为计数方式，每来一个脉冲加1。

当定时器/计数器工作在定时模式时，特殊功能寄存器AUXR中的T0x12和T1x12分别决定是系统时钟/12还是系统时钟/1（不分频）后让T0和T1进行计数。当定时器/计数器工作在计数模式时，对外部脉冲计数不分频。

定时器/计数器0有4种工作模式：模式0（13位定时器/计数器）,模式1（16位定时器/计数器模式）,模式2（8位自动重装模式），模式3（两个8位定时器/计数器）。定时器/计数器1除模式3外，其他工作模式与定时器/计数器0相同，T1在模式3时无效，停止计数。

定时器相关寄存器见图5.5。

图5.5 定时器相关寄存器图

5.5.4 PWM初始化子函数

脉宽调制（PWM，Pulse Width Modulation）是一种使用程序来控制波形占空比、周期、相位波形的技术，在三相电机驱动、D/A转换等场合有广泛的应用。STC12C5A60S2系列单片机的PCA模块可以通过程序设定，使其工作于8位PWM模式。PWM模式的结构如下图所示。

所有PCA模块都可用作PWM输出，输出频率取决于PCA定时器的时钟源。 由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所有它们的输出频率相同[10]。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器[EPCnL,CCAPnL]有关。当寄存器CL的值小于[EPCnL,CCAPnL]时，输出为低；当寄存器CL的值等于或大于 [EPCnL,CCAPnL]

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，[EPCnH,CCAPnH]的内容装载到[EPCnL,CCAPnL]中。这样就可实现无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。

图5.6 PCA PWM mode / 可调制脉冲宽度输出模式

由于PWM是8位的，所以： PWM的频率=

PCA时钟输入源频率

256PCA时钟输入源可以从以下8种中选择一种：SYSclk， SYSclk/2， SYSclk/4，SYSclk/6，SYSclk/8，SYSclk/12,定时器0的溢出，ECI/P3.4输入。

PWM初始化流程图见图5.7所示。

开始 PWM初始化 等待

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

图5.7 PWM初始化流程图

STC12C5A60S2单片机中，特有的CCP0功能，包含PWM，使输出PWM方便，直接对特殊功能寄存器初始化就可得到想要的PWM，并且占空比和频率可调，到达了设计的基础要求。

5.5.5 延时子函数

本程序中，级的，秒级的，十秒级的等5.5.6 显示器数码管采用串行芯片接在数码管上显示，所以编写了几种延时子程序，分别是以毫秒[11]。

7279通信方式进行传数，实时电流、占空比、进入设定状态后，显示的即为设定菜单。显示过程流程图见图开始 显示i，q，f Set>3s 显示input?end Set>10ms 显示4--10mA… Set>10ms 结束 21

5.7。

多处用到了延时子程序，数码管显示子函数频率直沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

5.8 显示设定子函数流程图

显示子函数的功能就是把实时状态显示出来，最主要的是在设定状态的时候显示设定值。

5.5.7 键处理子函数

流程图见图5.9。

图5.9 键处理子程序流程图

键扫描时，不停地判断Key值，如果有键按下，判断键值，并进入相应按键子程序，执行按键指令函数。本按键程序思路是以显示为主。

5.5.8 PWM处理子函数

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、 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[12]。

如果要用系统时钟/3来作为PCA的时钟源,应让T0工作在1T模式,计数计数数3个脉冲即产生溢出。

如果此时使用内部RC作为系统时钟(室温情况下，5V单片机为11MHz ~ 15.5MHz)，可以输出14K ~ 19K频率的PWM。用T0的溢出可对系统时钟进行1 ~ 256级分频。

当设定时，会改变PWM处理子函数里面的变量，那么从而改变频率和占空比，然后重新调用PWM处理子函数，即可输出想要的PWM。

5.5.9 AD转换子函数

STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口((P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D转换器,速度可达到250KHz(25万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用[13]。

STC12C5A60S2系列单片机ADC(A/D转换器)的结构如下图5.10所示。

图5.10 A/D转换器的结构图

流程图见图5.11。

AD开始 AD初始化 AD中断 AD转换 结束

图5.11 电脑通信流程图

AD转换是把反馈电流的模拟量转换成单片机识别的数字量，从而可以计算。

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

5.5.10 PID算法子函数

流程图见图5.12。

在过程控制中，按偏差的比例（器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（控制点目前包含三种比较简单的ＰＩＤ控制算法，算法，微分先行。 这三种ＰＩＤ算法虽然简单，但各有特点，基本上能满足一般控制的大多数要求[14]。

在PID增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理的积分储存单元，如果给定值发生突变时，由算法的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大，PID开始 选择输入通通道 理论电流 实际电流 求误差e（t） PID公式计算 结束 算法子函数流程图P）、积分（I）和微分（PID调节规律是连续系统动态品质校正的一 24

D）进行控制的PID控制、PD、?）。

增量式算法，位置式如果该

图5.12 PIDPI分别是：沈阳化工大学学士学位论文 第五章 软件系统设计

值超过了执行元件所允许的最大限度，那么实际上执行的控制增量将时受到限制时的值，多余的部分将丢失，将使系统的动态过程变长，因此，需要采取一定的措施改善这种情况。

纠正这种缺陷的方法是采用积累补偿法，当超出执行机构的执行能力时，将其多余部分积累起来，而一旦可能时，再补充执行。

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沈阳化工大学学士学位论文 第六章 实验结果及数据分析

第六章 实验结果及数据分析

本设计所用的调试工具是Proteus仿真软件。

6.1 Proteus仿真软件简介

Proteus软件是英国教学平台、实验平台和创新平台，涵盖了电工电子实验室、电子技术实验室、单片机应用实验室等的全部功能。它运行于各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：（1）实现了单片机仿真和仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：系列、AVR系列、PIC12公司的ARM(LPC系列)等。（3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如（4）具有强大的原理图绘制功能。能够进行设计。

6.2 调试中出现的问题及实验结果6.2.1 调试中的问题在调试中，由于总体调试出错的几率比较大，法，现将出现的问题总结如下：（1）在调试单片机输出Labcenter electronics公司的Windows操作系统上，可以仿真、分析

SPICE电路仿真相结合。PIC16系列、PIC18系列、

PWM信号时，开始，占空比可调信号是平滑可调，但频率

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EDA工具软件，是一个电子设计的具有模拟电路仿真、动态仿真、I2C68000Z80系列、HC11系列以及KeilSCH(原理图)和PCB(所以，我采用各部分分别调试的方(SPICE)SPI调8051

电路的数字电路RS232调试器、系列、系列、Phil-lips、ADS等软件。印刷板)沈阳化工大学学士学位论文 第六章 实验结果及数据分析

可调一直没有实现，后来经过长时间的摸索，还有与同组人探讨，发现需要将定时器0和PWM特殊功能寄存器同时编写，频率就可挑了。这是一项很重要的程序编写，为了后来的测试奠定基础。

（2）刚开始编写的程序的时候没有用显示电路部分，硬件直接接的独立按键电路，虽然电路很简单，但是遇到了一定的问题，就是未加去抖程序时，按键可用，但是加去抖程序之后，按键失灵了，后来发现，是由于软件编写的时候if与while使用有误，最终正确理解了两者的使用方法，测试程序成功。

（3）在加入显示电路的时候，按键程序的编写遇到的困难，因为只有三个按键，要控制很多功能，所以必须有控制逻辑思路，才能编写出复杂的控制程序，刚开始的时候无从下手，后来画出了程序框图，看上去简明易懂，根据框图编写程序就很轻松了，最终编写出了按键与显示配合的复杂程序。

（4）在光耦隔离电路部分，由于未加电压，驱动能力弱，使外接干扰很容易的混入，后来加入电压，使驱动能力加强，大大减少了外接干扰，使硬件电路稳定，从而采集的反馈信号非常理想[15]。

6.2.2 实验结果

测得波形见图6.1。

1.60E+011.40E+011.20E+011.00E+018.00E+006.00E+004.00E+002.00E+000.00E+001.90E-2.00E-2.10E-2.20E-2.30E-2.40E-2.50E--2.00E+0002020202020202-4.00E+00 图6.1 测得波形图

系列2系列3

通过波形，可以看出，负载加高电压的时候，电流上升，负载加低电压的时候，

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沈阳化工大学学士学位论文 第六章 实验结果及数据分析

电流下降，电压和电流是周期变化的，这样根据波形就能求出想要的变量，例如电流，脉动量，占空比等。

得到波形就可以根据程序框图编写程序，先测得反馈电流，在通过PID算法，编写闭环程序。

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