淺談數控直流電流源的設計與實現

圖5 主程序流程圖圖

A/D轉換部分程序主要用于將采樣電阻采集的模擬電壓信號轉換為數字信號。采樣信號由IoA6輸入并直接送入緩沖器P_ADC_MUX_Data，在ADC自動方式被啟用后，會產生一個啟動信號，此時RDY=0，DAC0的電壓模擬量與外部的采樣模擬量相比較，以盡快找出外部信號模擬量的數字量，A/D轉換的結果保存在SAR內。當10位A/D轉換完成時，RDY=1，此時，通過讀P_ADC_MUX_Data單元，可以獲得10位A/D轉換的數據。其IRQ1 中斷服務程序的流程如圖6所示。

圖6 IRQ1 中斷服務程序的流程圖

PID算法主要用于修正實際輸出的電流值和設定值的偏差，調節下一次的輸出值，使輸出更接近于設定值，提高精度。具體控制過程為：單片機經A/D轉換芯片讀出實際電流Ik,然后和設定的電流Is比較,得出偏差值Ek=Is-Ik，單片機根據Ek的大小，調用PID公式，計算出本次電流調節的增量ΔIk，然后根據前一次的D/A轉換輸出電流Iq-1,計算出本次的輸出電流Iq。

離散增量PID的計算公式為

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為本次采樣的電流誤差， Ek-1為上次采樣電流誤差， Ek-2為再次采樣電流誤差值。

結語

為了測試系統運行的準確性和可靠性，可以對設定量與反饋量進行測試，誤差在0.01%之內，并且運行穩定，達到了預期目的，還增添了特色的音頻播放設計。凌陽SPCE061A單片機在該系統中使用，使系統功能齊全、外圍電路簡單、輸出精確，軟件編程采用Ｃ和匯編混合編程來實現，集兩種優點于一身，豐富了編程思想,體現了很大的優越性。

通過以上對各模塊的分析，系統在工作過程中由SPCE061A單片機將被預置的電流通過換算進行D/A轉換，以輸出電壓驅動V/I轉換電路，并將該電流對應的電壓通過閉環回路，經信號處理電路作A/D轉換后輸入單片機系統，通過PID算法調整電流輸出。整個系統工作流程如圖4所示。

圖4 系統工作流程圖

系統軟件設計在凌陽十六單片機應用開發工具unSPIDE1.16.1中進行，采用凌陽單片機匯編語言和標準C語言對單片機進行編程，以實現各種功能。主要包括: (1)系統的初始化，包括各外圍接口設備的初始化；(2)鍵盤輸入；(3)D/A、A/D轉換； (4)PID算法進行電流調整；(5)語音提示和電流顯示。其主程序流程如圖5所示。