浅谈数控直流电流源的设计与实现

图5 主程序流程图图

A/D转换部分程序主要用于将采样电阻采集的模拟电压信号转换为数字信号。采样信号由IoA6输入并直接送入缓冲器P_ADC_MUX_Data，在ADC自动方式被启用后，会产生一个启动信号，此时RDY=0，DAC0的电压模拟量与外部的采样模拟量相比较，以尽快找出外部信号模拟量的数字量，A/D转换的结果保存在SAR内。当10位A/D转换完成时，RDY=1，此时，通过读P_ADC_MUX_Data单元，可以获得10位A/D转换的数据。其IRQ1 中断服务程序的流程如图6所示。

图6 IRQ1 中断服务程序的流程图

PID算法主要用于修正实际输出的电流值和设定值的偏差，调节下一次的输出值，使输出更接近于设定值，提高精度。具体控制过程为：单片机经A/D转换芯片读出实际电流Ik,然后和设定的电流Is比较,得出偏差值Ek=Is-Ik，单片机根据Ek的大小，调用PID公式，计算出本次电流调节的增量ΔIk，然后根据前一次的D/A转换输出电流Iq-1,计算出本次的输出电流Iq。

离散增量PID的计算公式为

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为本次采样的电流误差， Ek-1为上次采样电流误差， Ek-2为再次采样电流误差值。

结语

为了测试系统运行的准确性和可靠性，可以对设定量与反馈量进行测试，误差在0.01%之内，并且运行稳定，达到了预期目的，还增添了特色的音频播放设计。凌阳SPCE061A单片机在该系统中使用，使系统功能齐全、外围电路简单、输出精确，软件编程采用Ｃ和汇编混合编程来实现，集两种优点于一身，丰富了编程思想,体现了很大的优越性。

通过以上对各模块的分析，系统在工作过程中由SPCE061A单片机将被预置的电流通过换算进行D/A转换，以输出电压驱动V/I转换电路，并将该电流对应的电压通过闭环回路，经信号处理电路作A/D转换后输入单片机系统，通过PID算法调整电流输出。整个系统工作流程如图4所示。

图4 系统工作流程图

系统软件设计在凌阳十六单片机应用开发工具unSPIDE1.16.1中进行，采用凌阳单片机汇编语言和标准C语言对单片机进行编程，以实现各种功能。主要包括: (1)系统的初始化，包括各外围接口设备的初始化；(2)键盘输入；(3)D/A、A/D转换； (4)PID算法进行电流调整；(5)语音提示和电流显示。其主程序流程如图5所示。