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Microcomputer Applications Vo1． 22， No． 11， 2006 技术交流 微 型电脑应 用 2006 年 第 22 卷第 l l 期 文章编号 ： 1007—757X (2006) 1l 一0039一O 3 基于C8051f020 的标准电源控制单元的设计及实现 李 波 ， 屈均伟 摘 要： 介绍 了基 于C8051f020 的程控标准 电源的控制部分 。 该控制单元 以C8051f020 为核 心实现 了PID 控制 器反人机 交互 的设计 ， 并给 出了具体 实现方法 ， 同时在实际电路 的调 试中收到 了盎好 的效果。 关键词 ： 控 制单元 ； C8051f020； PID 控制器 中图分类号 ： T P273 文献标识码 ： B 目前常见的电源多采用模拟闭环方式来保证输出信号的 准确度， 其硬件设计复杂， 体积大， 并且由于模拟电路的温漂、 时漂的影响， 难以达到较高的精度。 随着单片机应用技术的不 断普及 ， 用单 片机实现各种控制 已愈来 愈引起各行业 的重视 。 为减 少体积和提 高电源输 出的精度 ， 采用 单片机 实现数字 闭 环的电源， 并配以相应的控制算法， 实现输出电源的闭环调 节 ， 提高了输出 电源的准确及速度 ， 并大大地减少 了电路的复 杂 ， 使 系统轻便 ． 提高 丁产 品的竞争力 。 PID 控制是 比例 ， 积分 ， 微分控 制 的简称 ， 它是 最早发 展 起来 的一种控制策 略。 PID 控制具有算法简单 ， 鲁棒性好和可 靠性高的优点， 被广泛应用于过程控制和运动控制中。 因此它 仍然是控制工程领域历史悠久， 生命力最强的基本控制方式。 随着 单片机技术 的发展 ， 数字 PID 控制 理论和 _[ 程应用 已成 为人们研 究的重点 。 1 C 8051f 020 简 介 C 805l f020 系列 单 片机 是 Cygnal 公 司生 产 的高 速 SoC ( System on Chip ) 芯片 ， 它是完全集 成的混合信号 系统芯片 它具 有与 8051兼 容 、 高速 的 2O～25MIPS 的 CIP一51 微控制 器内核 ． 与 MCS 一51 指令集 也完 全兼 容 。除了具有标准 8052 的数 字外没部 件外， C8051F 高速SoC 在一个 芯片上还集成 了 构成一个 单片机数据 条集系统或控制系统所需要 的几乎所有 数字 和模 拟外设及 其它功能部件 这些外设 和功能部 件包括 ： ADC 、 可编程增 益放大 器、 DA C 、 电压 比较 器、 电压基准 、 温度 传感器 、 SMBus／ 12C 、 UA RT 、 SPI、 定 时器 、 可编 程计数 器／ 定 时器 阵列 ( PCA ) 、 内部 振荡 器、 看 门狗定 时器 及 电源监 视器 等。这些外设 的高度集成 ， 为设计 小体积 、 低功耗 、 高可靠性 、 高性能的单片及应用系统提供了能力， 大大降低了系统整体 成本 。 2数宇PID 控制 作者简介： 李波， 武汉理 工大学 自动化学院 ， 武汉屈均伟 ， 武汉理 工大学 自动化学院 ， 武汉430063 430063 单片机控制是一种采样控制， 它是根据采样时刻的偏差 值计算控制量。因此， 连续PID 控制算法不能直接使用， 需要 采用 离散方法 。 在单片机PID 控制 中， 使用 的是数字 PID 控制 器。 PID 控制算法分为位置式和增量式两种算法 。 在本控制系 统中 ， 我们采用位置式控制算法 。 设误 差信号e (t) 为PID 控制器 的输入 ， u(t)为 PID 控制器 输出， 则模拟PID 控制算法为： u(t) Le(t)+ e(t)d(t )+ T n ] 式(1) 中： k ， t ， T n分别为比例系数， 积分时间常数和微 分时间常数。 利用差分方程为式 (1)离散化得数 离散PID 表达 式 ： u(k)一 k {e(k)+ ∑ )+ [ (k)- - e(k ]} 一k e( k) + k． 厶 e (i) + kd(e(k ) ) 一e( k一1) ) ( 2) 式( 2) 中ki—kp T ／ T 为积分常数 ， K a= K Ko／ T 为微分常 数 ， T 为采样周期 。 若控式 (2)计算 ， 由于控制器 的输 出与过支 的所有状态有关 ， 计算 时要 占用 大量内存空间和计算 时间， 这 对一 时控制 是非 常不利 的 为此 ， 需将式 ( 2) 写成递推形式 ， 即 ： u(k) = u(k — 1) + kp[(ek ) 一e(k 一1)] + kie(k) + kd e (k ) 一 2e(k 一 1) + e(k 一 2) 1 (3) 式 (3)为数字 PID 控制器递 推公式 ， 是 PID 算 法的一般公 式 ， 用它计算采样 时刻 K 的控制器 输出 ， 可 以极大地节省计算 机 内存空间和计算时间 ， 使 实时控制成为可能 。 3控制 单元 的设 计与 实现 · 3 9 · 本控 制 单元 使用 C8051f020 高速 单 片机 作 为核 心处 理 器 ， 配合矩阵键 盘 ， 液晶显示屏等组成人机交互式控制系统。 维普资讯 http://www.cqvip.com