程控電源控制器

1、1 緒論直流繼電器廣泛運(yùn)用于電動(dòng)汽車(chē)，近年面對(duì)日益加劇的能源和生態(tài)危機(jī)，電動(dòng)汽車(chē)成為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的主要方向。電動(dòng)汽車(chē)在充電及運(yùn)行過(guò)程中，直流繼電器可能出現(xiàn)意外事故，造成動(dòng)力系統(tǒng)的竄動(dòng)、擠壓、短路、開(kāi)裂、漏電、熱沖擊、爆炸、燃燒等，由此對(duì)乘員產(chǎn)生機(jī)械傷害、電傷害、化學(xué)傷害、電池爆炸傷害以及燃燒傷害等，并可能引發(fā)更大的連發(fā)性事故以及二次傷害。為了減小事故的發(fā)生，對(duì)直流繼電器性能測(cè)試是非常重要的，為了測(cè)試直流繼電器的性能，測(cè)試儀器研發(fā)顯得非常重要。1.1 課題研究背景及意義本課題來(lái)源于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，利用微控制器以及信號(hào)調(diào)理電路為特殊設(shè)備提供程序化控制試驗(yàn)電源。需要分段設(shè)定施加電壓的時(shí)間及電

2、壓升降的變化速度，重復(fù)次數(shù)及周期，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫、短路等保護(hù)。通過(guò)微控制器輸出控制信號(hào)，利用控制信號(hào)控制試驗(yàn)電源的電流、電壓，繼而測(cè)試電器的性能。微控制器A/D端檢測(cè)兩路信號(hào)，測(cè)量試驗(yàn)電源實(shí)際輸出。圖1 系統(tǒng)簡(jiǎn)圖通過(guò)研發(fā)測(cè)量?jī)x器，可以測(cè)量到特殊設(shè)備的一些重要運(yùn)行參數(shù)，為產(chǎn)品的安全性提供保障。隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展時(shí)期。程控電源控制器是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備之一,廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，是電子實(shí)驗(yàn)員、電子設(shè)計(jì)人員及電路開(kāi)發(fā)部門(mén)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)作和科學(xué)研究所不可缺少的電子儀器。1.2 本課題的主要工作（1）硬件設(shè)計(jì)：信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)，電源電路設(shè)計(jì)、通信電路設(shè)計(jì)等。（

3、2）軟件設(shè)計(jì)：串口接收、發(fā)送，信號(hào)的A/D檢測(cè)等。（3）系統(tǒng)的綜合調(diào)試。2 程控電源控制器的系統(tǒng)組成2.1 程控電源控制器的參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能：輸出一組050V,3A直流電源，提供試驗(yàn)繼電器線圈工作電壓。輸出電壓值由觸摸屏設(shè)置，并有對(duì)應(yīng)的顯示。輸出電壓可程控，在每個(gè)運(yùn)行周期的高電流階段可以切斷，接通。具體切斷，接通的時(shí)間可設(shè)置。具有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能。工作形式：對(duì)電源輸出電流的控制過(guò)程為：圖2 控制波形圖其中：I1為低檔電流值，設(shè)置范圍11000A，設(shè)置分辨率1A。I2為高檔電流值，設(shè)置范圍1003000A，設(shè)置分辨率1A。T1為低檔電流的起始維持時(shí)間，設(shè)置范圍11000S設(shè)置分辨率1S。T2為電流

4、上升的時(shí)間，設(shè)置范圍1001000mS，設(shè)置分辨率1mS。Ta為T(mén)3開(kāi)始后到關(guān)斷V2輸出的時(shí)間，設(shè)置范圍11000ms，設(shè)置分辨率1mS。Tb為關(guān)斷V2輸出的時(shí)間，設(shè)置范圍11000ms，設(shè)置分辨率1mS。T3為高檔電流的維持時(shí)間，設(shè)置范圍12000mS，設(shè)置分辨率1mS。T4為電流下降的時(shí)間，設(shè)置范圍1002000mS，設(shè)置分辨率1mS。T5為低檔電流的后期維持時(shí)間，設(shè)置范圍11000S，設(shè)置分辨率1S。周期數(shù)：從T1T5完成為一個(gè)周期，可設(shè)置運(yùn)行周期數(shù)，設(shè)置范圍19999?？稍O(shè)置任意電流值時(shí)的連續(xù)工作。2.2 程控電源控制器總體方案圖3 程控直流恒流源控制器的系統(tǒng)框圖STM32利用IO口驅(qū)

5、動(dòng)外部D/A芯片，輸出控制信號(hào)，由于D/A芯片參考內(nèi)部電壓為2.5V，不能滿足為試驗(yàn)電源提供控制信號(hào)的要求，利用信號(hào)調(diào)理電路，使得控制信號(hào)達(dá)到05V，用來(lái)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)電源。為了測(cè)量試驗(yàn)電源輸出信號(hào)大小，由于STM32不能直接檢測(cè)外部信號(hào)，將外部信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入信號(hào)調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成STM32 A/D可以檢測(cè)的信號(hào)，如果檢測(cè)到信號(hào)過(guò)壓，過(guò)流，那么啟動(dòng)保護(hù)電路。觸摸屏用來(lái)設(shè)置參數(shù)（I1、I2、T1、T2、T3、T4、T5、V2），如圖2所示。為了方便客戶，設(shè)置的參數(shù)都會(huì)由存儲(chǔ)器保存，以便下次直接使用。2.3 微控制器由于程控電源控制器對(duì)時(shí)間要求很高，一般的單片機(jī)運(yùn)行速度不夠，例如處理通信協(xié)議、D/A轉(zhuǎn)換、A

6、/D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、計(jì)算波形數(shù)據(jù)（浮點(diǎn)數(shù)）等其他中斷資源消耗的時(shí)間，難以讓時(shí)間精度控制在1ms。所以選用STM32F103ZET6單片機(jī)。內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。上電復(fù)位（POR）、掉電復(fù)位（PDR）和可編程的電壓探測(cè)器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校

7、準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。DMA：12通道DMA控制器。支持的外設(shè)：定時(shí)器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。3個(gè)12位的us級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道）：A/D測(cè)量范圍：0-3.6V。雙采樣和保持能力，片上集成一個(gè)溫度傳感器。2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE獨(dú)有。最多高達(dá)112個(gè)的快速I(mǎi)/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部

8、中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位的6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗）。Systick定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。2.4 DGUS觸摸屏傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)通常采用鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)作為控制輸入設(shè)備，采用液晶、數(shù)碼管作為顯示輸出設(shè)備，這樣的人際界面操作復(fù)雜、方式笨重。而通常的TFT觸摸屏GUI界面集成在操作系統(tǒng)內(nèi)。由于其界面都有代碼繪制而成集成在系統(tǒng)內(nèi)無(wú)疑增加變量設(shè)置、增加系統(tǒng)復(fù)雜程度同時(shí)浪

9、費(fèi)了芯片資源，并且還增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，也降低了顯示的實(shí)時(shí)性 。DGUS屏是TFT觸摸屏的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將鍵盤(pán)與界面集成為一體，結(jié)構(gòu)更加緊密對(duì)系統(tǒng)資源的利用率更高，同時(shí)也能更好地滿足實(shí)時(shí)性需求。DGUS觸摸屏優(yōu)點(diǎn)：借助PC軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)豐富功能；簡(jiǎn)化CPU代碼量，5條指令實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；在實(shí)際的應(yīng)用中，針對(duì)DGUS的通信機(jī)制，控制系統(tǒng)與觸摸屏之間不能進(jìn)行直接通訊，而需要根據(jù)DGUS所使用的協(xié)議對(duì)通訊程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)。采用編程實(shí)現(xiàn)DGUS屏幕與STM32F103芯片的通訊。2.5 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) UC/OS-II 簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)通常在設(shè)計(jì)成前后臺(tái)系統(tǒng)，這個(gè)結(jié)構(gòu)包含一個(gè)死循環(huán)和若干中斷服務(wù)程序：應(yīng)用

10、程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的操作（后臺(tái)），中斷服務(wù)程序用于處理系統(tǒng)的異步事件（前臺(tái)）。前臺(tái)也稱做中斷級(jí)，后臺(tái)是任務(wù)級(jí)。為了保證得到及時(shí)處理，那些本該在任務(wù)級(jí)執(zhí)行的關(guān)鍵代碼也必須放在中斷里執(zhí)行，這導(dǎo)致中斷程序的運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)。中斷程序即使立刻生成了特定的數(shù)據(jù)，后臺(tái)程序也必須運(yùn)行到對(duì)應(yīng)的處理代碼時(shí)才能進(jìn)行處理，這稱為任務(wù)級(jí)響應(yīng)延遲。最長(zhǎng)的任務(wù)及響應(yīng)延遲取決于后臺(tái)循環(huán)的運(yùn)行時(shí)間，因此特定模塊的運(yùn)行時(shí)間間隔是不確定的，并且后臺(tái)循環(huán)的任何修改都會(huì)使所有功能模塊的運(yùn)行時(shí)間間隔受到影響。很多低成本、大批量的微控制器應(yīng)用（例如微波爐、電話或玩具）都采用了前后臺(tái)的設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)內(nèi)核是用于管理微處理器、微控制

11、器或數(shù)字信號(hào)處理器的時(shí)間及硬件資源的軟件代碼。設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，可把系統(tǒng)功能劃分成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)僅負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)某一功能。每個(gè)任務(wù)（或稱線程）都是一段簡(jiǎn)單的程序，通常是個(gè)死循環(huán)。CPU在任意時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，但每個(gè)任務(wù)都認(rèn)為自己在獨(dú)自使用整個(gè)CPU。 實(shí)時(shí)內(nèi)核負(fù)責(zé)管理這些任務(wù)，決定運(yùn)行哪個(gè)任務(wù)，何時(shí)停止運(yùn)行當(dāng)前任務(wù)并切換到其他任務(wù)，這稱為多任務(wù)管理。CPU在多個(gè)順序執(zhí)行的任務(wù)代碼間切換。多任務(wù)管理造就了多CPU的假象，實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU資源的最大化利用。多任務(wù)管理也有助于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的模塊化，能幫助程序員實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用。3 硬件設(shè)計(jì)3.1 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)圖4 OP07引腳圖Op07芯片是一

12、種低噪聲的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。 優(yōu)點(diǎn)：超低偏移： 150V最大 。  低輸入偏置電流： 1.8nA 。  低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。 &#

13、160;超穩(wěn)定，時(shí)間： 2V/month最大 高電源電壓范圍： ±3V至±22V OP07是具有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端的高增益、高輸入阻抗的電壓放大器。若在它的輸出端和輸入端之間加上反饋網(wǎng)絡(luò)就可以組成具有各種功能的電路。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)為線性電路時(shí)可實(shí)現(xiàn)乘、除等模擬運(yùn)算等功能。運(yùn)算放大器可進(jìn)行直流放大，也可進(jìn)行交流放大。 使用OP07時(shí)，調(diào)零和相位補(bǔ)償是必須注意的兩個(gè)問(wèn)題，此外應(yīng)注意同相端和反相端到地的直流電阻等，以減少輸入端直流偏流引起的誤差。 圖5 輸入信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)同相放大器具有輸入電阻很高，輸出電阻很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大器。

14、同相放大器的閉環(huán)增益為 Af =（1+） 當(dāng)輸入為075mv信號(hào)時(shí)，由于STM32檢測(cè)03.3V信號(hào)，利用D17、D18、R68、R69、R70、R71、C26、R66、R67構(gòu)成同相放大器，將信號(hào)進(jìn)行放大使之對(duì)應(yīng)03.3V。Af=44倍當(dāng)R69 = 1K時(shí)，由上式可知39K其中，反饋電阻R69不能取得太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，其值一般取幾十千歐到幾百千歐之間。 若將輸出電壓的全部反饋到反相輸入端，就構(gòu)成電壓跟隨器。Af = 1當(dāng)輸入05V信號(hào)時(shí)，將信號(hào)電壓跟隨，由R125、R126 構(gòu)成分壓電路轉(zhuǎn)換成03.3V信號(hào)，再利用A/D檢測(cè)。A1=0.66倍利用電阻分壓原理：當(dāng)R125=2K

15、時(shí)，由上式可知R126 =R125/A13K由于沒(méi)有精準(zhǔn)的3K電阻，加上電阻的制造誤差，換5.1K滑動(dòng)變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）信號(hào)的輸入為05V或075mV，由于是兩路信號(hào)，使用其中一個(gè)，所以用短路帽進(jìn)行人工選擇。最后由U18 構(gòu)成電壓跟隨器，傳送到A/D檢測(cè)端。為了防止輸入信號(hào)過(guò)大，導(dǎo)致送到STM32檢測(cè)端信號(hào)大，損壞STM32，所以使用瞬態(tài)抑制二極管進(jìn)行保護(hù)。實(shí)際輸入信號(hào)不穩(wěn)定（例如受到電網(wǎng)波動(dòng)，打雷等影響），出現(xiàn)很大的脈沖，可能會(huì)損壞運(yùn)放的輸入引腳，所以在U17輸入端用二極管做了限幅。為防止受到高頻干擾，這里使用電容組成RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，使信號(hào)趨于穩(wěn)定值。為了防止由于阻抗不匹配，導(dǎo)致信號(hào)衰

16、減，所以由電壓跟隨器降低輸出電阻，再傳輸信號(hào)到A/D檢測(cè)端。由于運(yùn)算放大器輸入級(jí)采用差分放大，產(chǎn)生失調(diào)電壓，失調(diào)電流，利用電位器（例如R70）調(diào)節(jié)。3.2 D/A轉(zhuǎn)換電路如圖2.1.2所示，系統(tǒng)要求電流的最大值可達(dá)3000A，設(shè)置分辨率0.1A，如果僅僅用STM32內(nèi)部的D/A，加上參考電壓不是非常精準(zhǔn)的3.3V，轉(zhuǎn)換精度是不夠的。所以采用DAC8562芯片，使用內(nèi)部的2.5V參考電壓，支持雙通道16位D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度也快。圖6 DAC8562內(nèi)部圖解表1 DAC8562引腳定義名稱引腳描述AVDD9/CLR5異步清零輸入，在下降沿清零所有寄存器，24個(gè)跳變沿后退出該模式。在該模式中輸入被

17、禁止。Din8SPI 24位數(shù)據(jù)輸入口。/LDAC4在同步模式下，數(shù)據(jù)與24個(gè)下降沿更新SCLK周期，如下一個(gè)下降邊緣同步。這種同步更新，LDAC引腳是不需要的，它必須連接到接地或永久性的斷言和舉行低之前，發(fā)送命令到設(shè)備。在異步模式下，LDAC引腳是用來(lái)作為一個(gè)負(fù)邊沿觸發(fā)定時(shí)信號(hào)同步DAC的更新。多個(gè)單通道命令可以寫(xiě)為設(shè)置不同的通道緩沖器所需的值，然后在LDAC引腳下降沿同時(shí)更新DAC輸出寄存器。SCLK7SPI 信號(hào)輸入，最大到50MHz/SYNC6級(jí)別觸發(fā)控制輸入（低電平）。這個(gè)輸入是輸入的數(shù)據(jù)幀同步信號(hào)。當(dāng)同步變低，它使輸入移位寄存器，并在隨后的下降時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)邊緣。DAC輸出更新后的2

18、4時(shí)鐘的下降沿。如果是采取同步高前23時(shí)鐘的上升沿同步邊緣，作為中斷，和寫(xiě)序列被忽略。VOUT11A路輸出VOUT22B路輸出VREF參考電壓輸入或2.5V參考電壓輸出圖7 應(yīng)用電路由于DAC8562使用內(nèi)部參考電壓，輸出02.5V信號(hào)，放大信號(hào)到05v，再將信號(hào)電壓跟隨，作為后續(xù)的控制信號(hào)。圖8 輸出信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)（1）同相放大器具有輸入電阻很高，輸出電阻很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大器。同相放大器的閉環(huán)增益為 Af =（1+） 當(dāng)DA輸出為02.5v信號(hào)時(shí)，利用R20、R21、R26、R25、R24構(gòu)成同相放大器，將信號(hào)進(jìn)行放大使之對(duì)應(yīng)05V。Af = 2倍令R20= 3K時(shí)，由上式可知=

19、3K 由于無(wú)法得到精確3K電阻，放大倍數(shù)無(wú)法很精確，利用R26、R23進(jìn)行調(diào)節(jié).其中，反饋電阻R21不能取得太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，其值一般取幾十千歐到幾百千歐之間。 為了與后級(jí)電路阻抗匹配，最后由U23構(gòu)成電壓跟隨器，由于跟隨器輸入級(jí)采用差分放大，產(chǎn)生失調(diào)電壓，失調(diào)電流，利用電位器（例如R102）調(diào)節(jié)。3.3 電源電路本系統(tǒng)需要多個(gè)電源，單片機(jī)使用+3.3V穩(wěn)壓電源。在高精度的系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電源有著非常重要的作用。在進(jìn)行研究后得出以下方案。本電源先通過(guò)變壓器電壓變換隔離，橋式全波整流，電容濾波，再通過(guò)三端固定輸出集成穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定電壓+12V，-12V。為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，在輸出

20、端加接電容。采用三端集成穩(wěn)壓器7805得到+5V，采用AMS1117得到+3.3V。 圖9 5V電壓電路圖圖10 3.3電壓電路圖3.4 串口通信電路隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，在工業(yè)控制、家電控制、數(shù)據(jù)采集等多個(gè)領(lǐng)域都有著十分重要的作用，由于單片機(jī)的使用，越來(lái)越多的系統(tǒng)開(kāi)始向智能化方向發(fā)展。利用單片機(jī)的串口通信可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)綜合控制功能，尤其是在數(shù)據(jù)量比較大的場(chǎng)合下，利用一個(gè)主機(jī)向各個(gè)從機(jī)發(fā)送控制指令是一個(gè)很好的解決方案。在本課題中實(shí)現(xiàn)與觸摸屏、上位機(jī)通信。圖11 串口通信電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)總程序簡(jiǎn)圖系統(tǒng)上電開(kāi)始初始化數(shù)據(jù)，需要

21、將所有初始化數(shù)據(jù)裝載到發(fā)送數(shù)據(jù)隊(duì)列，由發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)負(fù)責(zé)給上位機(jī)、觸摸屏發(fā)送數(shù)據(jù)。并開(kāi)始檢測(cè)外部的信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)外部信號(hào)是否異常，執(zhí)行系統(tǒng)動(dòng)作，并實(shí)時(shí)通知給顯示系統(tǒng)（觸摸屏、上位機(jī)），即需要發(fā)送數(shù)據(jù)入隊(duì)，由發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，讓用戶知道系統(tǒng)產(chǎn)生異常。當(dāng)接收到來(lái)自上位機(jī)、觸摸屏數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)入隊(duì)。當(dāng)執(zhí)行到接收數(shù)據(jù)任務(wù)時(shí)，接收數(shù)據(jù)出隊(duì)，執(zhí)行協(xié)議分析，分析收到的數(shù)據(jù)，并且判斷數(shù)據(jù)的有效性，用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，系統(tǒng)動(dòng)作等提供條件，實(shí)時(shí)通知當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況，即將通知信息裝載到發(fā)送隊(duì)列，由發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)。圖12 系統(tǒng)程序簡(jiǎn)圖 總程序主要分為三個(gè)任務(wù)，接收數(shù)據(jù)任務(wù)、發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)、檢

22、測(cè)信號(hào)任務(wù)。由于系統(tǒng)本身要對(duì)處理指令，具有足夠快的響應(yīng)，所以接收數(shù)據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是最高的，把時(shí)間控制在每7ms執(zhí)行一次，雖然也可以換做其他值，但經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，7ms的時(shí)間響應(yīng)比較好，也不影響其它軟件功能。發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，任何需要通知上位機(jī)、觸摸屏都需經(jīng)過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)處理、所以它的優(yōu)先級(jí)相對(duì)于接收數(shù)據(jù)任務(wù)要低一點(diǎn)。檢測(cè)新號(hào)任務(wù)負(fù)責(zé)檢測(cè)外圍的信號(hào)，因?yàn)橄到y(tǒng)本身，會(huì)輸出一定的電壓、電流，那么運(yùn)行情況如何，會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成什么影響，所以必須要監(jiān)測(cè)電壓、電流實(shí)際輸出。所以檢測(cè)信號(hào)任務(wù)也尤為重要，經(jīng)過(guò)以上分析，時(shí)間安排，優(yōu)先級(jí)安排，如圖13所示。圖13 時(shí)間流程圖4.2 串口接收與發(fā)送4.2.1

23、 串口接收因?yàn)槌炭仉娫纯刂破髋c上位機(jī)，觸摸屏通信數(shù)據(jù)量較多，所以我采用隊(duì)列的方式，也便于程序調(diào)用。將所有接收到的數(shù)據(jù)存到二維數(shù)組中，即隊(duì)列中。隊(duì)列是指允許在一端進(jìn)行插入、而在另一端進(jìn)行刪除的線性表。允許插入的一端稱為隊(duì)尾，通常用一個(gè)稱為尾指針（rear）的指針指向隊(duì)尾元素，即尾指針總是指向最后被插入的元素；允許刪除的一端稱為排頭（也稱為隊(duì)頭），通常也用一個(gè)排頭指針（front）指向排頭元素的前一個(gè)位置。顯然，在隊(duì)列這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，最先插入的元素將最先能夠被刪除，反之，最后插入的元素將最后才能被刪除。因此，隊(duì)列又稱為“先進(jìn)先出”的線性表。在隊(duì)列的隊(duì)尾（rear）接收一幀數(shù)據(jù)稱為入隊(duì)運(yùn)算，從隊(duì)列的

24、排頭（front）讀取一幀數(shù)據(jù)稱為出隊(duì)運(yùn)算。在循環(huán)隊(duì)列中，當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)而再要進(jìn)行入隊(duì)時(shí)，只要隊(duì)列的第一個(gè)位置空閑，便可將隊(duì)尾指針指向第一個(gè)位置，即隊(duì)列的第一個(gè)位置作為隊(duì)尾。在隊(duì)列中，用隊(duì)尾指針rear指向隊(duì)列中的隊(duì)尾元素，用排頭指針front指向排頭元素的前一個(gè)位置，因此，從排頭指針front指向的后一個(gè)位置直到隊(duì)尾指針rear指向的位置之間所有的元素均為隊(duì)列中的元素。每進(jìn)行一次入隊(duì)運(yùn)算，隊(duì)尾指針就進(jìn)一。rear=rear+1每進(jìn)行一次出隊(duì)運(yùn)算，排頭指針就進(jìn)一。front = front+1當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)由front=rear，而當(dāng)隊(duì)列空時(shí)也有front=rear，即在對(duì)列中，當(dāng)front=rear

25、時(shí)，不能確定是隊(duì)列滿還是隊(duì)列空。在實(shí)際使用中，為了區(qū)分隊(duì)列滿還是空，通常增加一個(gè)標(biāo)志判斷。圖14 循環(huán)隊(duì)列示意圖從圖4.1.1中可以看出，當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)DATA0，啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)1ms，如果在1ms之內(nèi)串口接收到數(shù)據(jù)DATA1，那么重置定時(shí)器。如果1ms之內(nèi)沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)，那么這幀數(shù)據(jù)接收完畢，隊(duì)尾指針進(jìn)一。當(dāng)然1ms的時(shí)間不是固定的，它是根據(jù)你的通信速度（波特率）決定。4.2.2 串口發(fā)送將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入二維數(shù)組（與串口接收二維數(shù)組不同），即發(fā)送數(shù)據(jù)入隊(duì)，原理與上節(jié)相同。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行出隊(duì)操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)還有未發(fā)送的數(shù)據(jù)，立刻將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。4.3 輸出波形控制算法由于DAC8562無(wú)法寫(xiě)

26、入小數(shù)，在程序進(jìn)行計(jì)算時(shí)，往往取整數(shù)，這就會(huì)造成誤差。圖15 線性圖從圖中可以看出I1、I2的值，上升T2為1ms。假設(shè)I1為100(假設(shè)對(duì)應(yīng)AD轉(zhuǎn)換值1000)，I2為250(假設(shè)對(duì)應(yīng)DA轉(zhuǎn)換值1550)，DA差值為550，將1ms分解成10個(gè)100us，即550/10=55。每100us DA值加55?？梢钥闯鲈诓徽{(diào)節(jié)的情況下，線性度極差，在調(diào)節(jié)的情況下，線性度有所好轉(zhuǎn)。若DA差值很小，再分解成10次，線性度基本不變。如何避免差值過(guò)小帶來(lái)無(wú)用調(diào)節(jié)，是個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)榉纸獬?0個(gè)100us，意味著在1ms的時(shí)間內(nèi)程序做了10次無(wú)用調(diào)節(jié)。使系統(tǒng)運(yùn)行效率下降，實(shí)時(shí)性變低。令平均因子為X，DA差

27、值為E, X隨著E的變化動(dòng)態(tài)取值： ，X = E；| >10 ， X = 10；0|E|< 2 ，X = 1；這樣就可以避免時(shí)間資源的浪費(fèi)，實(shí)時(shí)性得到了改善。4.4 滑動(dòng)濾波算法微控制器需檢測(cè)實(shí)際輸出電流、電壓，實(shí)際信號(hào)會(huì)有干擾的存在。軟件抗干擾就顯得尤為重要。圖16 滑動(dòng)濾波示意圖把連續(xù)N個(gè)采集值看成一個(gè)隊(duì)列，每次采集到的新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，并扔掉原來(lái)隊(duì)首的數(shù)據(jù)。把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算，即可獲得新的濾波結(jié)果。圖17 濾波流程圖5 系統(tǒng)綜合調(diào)試5.1 硬件調(diào)試輸入信號(hào)調(diào)理電路調(diào)試：當(dāng)輸入信號(hào)為075mv，對(duì)應(yīng)到A/D端為03.3V，如圖5所示。將P22端輸入0V，查看P24 引

28、腳1是否為0V，若不是0V，調(diào)節(jié)R70 、R67直到0V為止。 將P22端輸入75mv，查看P24 引腳1是否為3.3V，若不是3.3V，調(diào)節(jié)R70 、R67直到3.3V為止。當(dāng)輸入信號(hào)為05v，對(duì)應(yīng)到A/D端為03.3V，如圖5所示。將P21端輸入0V，查看P24 引腳3是否為0V，若不是0V，調(diào)節(jié)R124 、R126直到0V為止。 將P22端輸入5v，查看P24 引腳1是否為3.3V，若不是3.3V，調(diào)節(jié)R124 、R126直到3.3V為止。將信號(hào)利用后級(jí)電路進(jìn)行電壓跟隨，若P24 引腳2與PA3電壓不一致，則調(diào)節(jié)R72 直到電壓相等為止。輸出信號(hào)調(diào)理電路調(diào)試：當(dāng)輸入信號(hào)為02.5v，對(duì)應(yīng)

29、輸出為05V，如圖8所示。將V-A端輸入0V，查看R34 調(diào)節(jié)端電位是否為0V，若不是0V，調(diào)節(jié)R24 、R23 ，直到0V為止。將V-A端輸入2.5V，查看R34 調(diào)節(jié)端電位是否為5V，若不是5V，調(diào)節(jié)R24 、R23 ，直到5V為止。將信號(hào)利用后級(jí)電路進(jìn)行電壓跟隨，若R34 調(diào)節(jié)端電壓與P4端電壓不一致，則調(diào)節(jié)R102 直到電壓相等為止。5.2 系統(tǒng)調(diào)試5.2.1 通信調(diào)試在實(shí)際的應(yīng)用中，針對(duì)DGUS的通信機(jī)制，控制系統(tǒng)與觸摸屏之間不能進(jìn)行直接通訊，而需要根據(jù)DGUS所使用的協(xié)議對(duì)通訊程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)。利用微控制器串口發(fā)送相應(yīng)協(xié)議，編程實(shí)現(xiàn)DGUS屏幕與微控制器芯片的通訊，初始化運(yùn)行數(shù)據(jù)。圖1

30、5 運(yùn)行參數(shù)5.2.2 功能調(diào)試根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，點(diǎn)擊觸摸屏啟動(dòng)，圖中可以看出圖標(biāo)變?yōu)榫G色提示，示意圖如下。圖16 運(yùn)行監(jiān)控點(diǎn)擊啟動(dòng)之后，用示波器檢測(cè)電流波形圖如下。圖17 電流波形示意圖 裝機(jī)調(diào)試將程控電源控制器接入試驗(yàn)電源，將程序下載到微控制器，仿真器在線調(diào)試。圖18 調(diào)試 結(jié)論1本系統(tǒng)利用自動(dòng)控制監(jiān)測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套操作方便、簡(jiǎn)潔實(shí)用的程控電源控制器。2系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理，其中軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，各模塊相互獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，整個(gè)系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比。3系統(tǒng)C語(yǔ)言編程，程序結(jié)構(gòu)清晰，顯示板界面非常友好，使得操作者在使用該系統(tǒng)時(shí)就像是在操作一臺(tái)實(shí)際的控制儀器一樣。4系統(tǒng)功能獨(dú)立，配置合理。5經(jīng)運(yùn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)便，工作可靠等特點(diǎn)。6.系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步優(yōu)化，操控界面可以做的更人性