一款基于STC12C5A60S2与PID算法的数控电源

、C电容储能，其电路等效如图5所示;当Q断开时，通过电感的电流减小，电感L、C电容释放能量，其电路等效如图6所示;当Q的G极为一个高低电平交替变换的PWM信号，要求PWM信号频率比电感L、电容C储能和释放能量的频率高，此时充电速度比放电速度快，输出端就会得到一定的电压。PWM信号的占空比改变时输出的电压随之改变。

2.4 电压反馈电路设计

一些开环式电源容易受负载的影响，当负载变化时，输出电压波动较大。为了解决这个问题，本系统设计一个电压反馈电路，使系统为闭环系统，即：输出电压经分压电阻后得到适合单片机采集的电压，经电压跟随器后输入到STC12C5A60S2单片机的ADC0脚。系统利用单片机内置的ADC对输出电压进行实时测量，以调整PWM信号的占空比。系统电压反馈电路如图7所示。

2.5 按键控制与显示电路设计

一个数控电源人机交互界面是必不可少的，它包括按键控制电路和显示电路。

为了简单便捷地输入设置电压，系统采用4个轻触开关作为控制按键。按键功能分别为：步进增加、步进减小、输出增加、输出减小。

本系统要进行设置电压、步进电压的显示，显示电路通常有液晶显示或数码管显示。数码管成奉低、寿命长，但显示内容过少、线路复杂且亮度受供电电源影响较大，故本系统选择使用低功耗、无闪烁、可靠性高的LCD1602液晶。

系统按键控制与显示电路如图8所示。

3 系统软件设计

3.1 总体软件设计

该数控电源软件设计主要包括：PWM信号产生程序、ADC采样程序、PID控制算法程序、按键处理程序、数据显示程序。系统总体流程图如图9所示。系统开始进入初始化程序，包括LCD1602初始化、PID程序初始化、PWM相关寄存器初始化等。单片机处于按键检测状态，有按键输入时，调用按键控制程序，输出一定占空比的PWM，并将设定的电压值显示于LCD1602。另外，单片机对经BUCK电路输出的电压进行ADC釆集，与设定值比较得到PID控制的各项参数，经PID算法，调节PWM占空比，最终得到与设定值非常接近的输出电压。

3.2 PID软件设计

数控电源的PID算法系统组成形式如图10所示。系统通过按键设定一定的电压值r后，给出相应占空比值，同时单片机通过ADC采集输出电压，得到测量值z，与给定值对比得到偏差e，计算出PID算法中所需的P、I、D变量值，最终得到准确的被控量y。

4 实验测试

按键没定输出电压和实际输出电压测试，其结果如表1所示。数控电源输出的纹波测试如表2所示。由表1可见，输出电压值越低，偏差越小;输出电压值越高，偏差越大，但均不大于0.1V。由表2可见，输出电压越高，纹波越大，但均小于1%。由此可见，系统有较高的精准度。

5 结论

测试结果表明，文中设计的基于STC12C5A60S2单片机的数控电源能够较精确地输出设定的电压值，通过运用PWM技术和PID算法对输出的电压进行快速地调整，得到较精确的电压值。系统控制精度高、反应速度快、输出稳定、操作简单，具有一定的实用价值。