ARM處理器S3C4480在高精度直流開關(guān)電源設(shè)計中的應(yīng)用
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在本系統(tǒng)中，PWM波形由中央處理器S3C4480的時鐘TIMER0輸出口T0UTO輸出。由于要求輸出頻率30 kHz的PWM波，且精度在千分之一，所以通過設(shè)置TCFGO和TCFGl寄存器的設(shè)置，將4BIT分頻器設(shè)置為O．5，預(yù)定標寄存器設(shè)置為l，計數(shù)比較寄存器TCNTB0設(shè)置為1000，這樣，在S3C4480主頻于66MHz時，TOUT0輸出的PWM波頻率為30 kHz。當(dāng)TIMER0開始計時后，每次TCNTB0的值與定時器的向下計數(shù)器值相同時，定時器控制PWM波電平改變。使得修改TC-NTB0的值可以控制PWM波的占空比，增加或者減少1，則PWM輸出占空比增加或者減少千分之一，從而達到千分之一精度。圖2為輸出的PWM波形圖，我們可以看出，通過專用的定時器輸出口TOUTO輸出的PWM波形，波形很好，經(jīng)過測試，上升沿與下降沿均在ns級。
3 PID算法與軟件流程圖
3．1 主程序軟件流程
由于采用了嵌入式ARM芯片，使得在系統(tǒng)軟件實現(xiàn)中主要以C語言進行驅(qū)動和應(yīng)用程序的開發(fā)，僅在CPU初始化階段使用ARM匯編語言。使用ARM S3C44BO芯片外擴了2M FLASH，8M SDRAM大容量存儲器，完全滿足了系統(tǒng)程序運行和數(shù)據(jù)的存儲，這樣充分發(fā)揮了S3C4—480 ARM嵌入式系統(tǒng)存儲器容量大，軟件編程簡單，速度快，精度高的優(yōu)勢。數(shù)字控制系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。
在系統(tǒng)開機后，首先要檢測系統(tǒng)外圍設(shè)備的狀態(tài)是否正常，以免出現(xiàn)故障。在系統(tǒng)運行中，為了防止軟件跑飛，還需要開啟看門狗功能，加入喂狗程序，這樣軟件上保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在ADC部分對采樣值進行均值濾波，保證采樣值的正確與穩(wěn)定。
3.2 PID控制算法
在自動控制技術(shù)中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例(P)、積分(I)、微分(D)控制，簡稱PID控制，又稱Pm調(diào)節(jié)。其原理的關(guān)鍵是測量、比較和執(zhí)行。PID控制器將測量受控對象(在本系統(tǒng)中即電壓電流值)與設(shè)定值相比較，用這個誤差來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)。
在電源數(shù)字PID控制系統(tǒng)中，使用比例環(huán)節(jié)控制電壓電流的輸出與輸入誤差信號成比例改變，但是實際值與給定值通常會存在偏差，這個偏差稱作穩(wěn)態(tài)誤差。因此，需要引入積分環(huán)節(jié)的消除穩(wěn)態(tài)誤差功能提高精度，但是考慮到電源系統(tǒng)開機、關(guān)機或大幅增加電壓電流工作設(shè)定值時，產(chǎn)生積分積累，就會引起電壓電流超調(diào)，甚至在給定值上下振蕩。所以為減小在運行過程中積分環(huán)節(jié)對電壓電流動態(tài)性能的影響，采用了積分分離PID控制電壓電流，即當(dāng)電壓電流與設(shè)定工作值的誤差小于一個范圍時，再采用積分環(huán)節(jié)去消除系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。
積分分離PID控制算法需設(shè)定積分分離閥ε，當(dāng)l e(k)│>ε時，即偏差值較大時，僅采用PD控制環(huán)節(jié)，減少超調(diào)量，使系統(tǒng)有較快響應(yīng)；當(dāng)l e(k)l≤ε時，即偏差值比較小時，采用PID控制，以保證電壓電流精度和穩(wěn)定度。在開機后，按照固定步長打開PWM波寬度，使得電壓升高。在達到設(shè)定值一定范圍后，為防止電壓過沖，需要加入積分分離PID控制算法進行控制，防止電壓超調(diào)。在電壓達到千分之一進度范圍后，需要加入積分環(huán)節(jié)，完成電源開機時迅速穩(wěn)定的輸出。PID算法流程如圖3所示。
4 結(jié)語
嵌入式ARM芯片S3C4480在高精度開關(guān)電源數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，充分利用該芯片上強大的資源，簡化了硬件電路，提高了軟件開發(fā)速度，方便了軟硬件調(diào)試，提高了系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試證明，設(shè)計合理、運行可靠，為廠家實現(xiàn)了5l系列8位單片機到ARM 32位系統(tǒng)的升級，降低了成本并提高了產(chǎn)品的性能。
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