引 言
直流稳压电源是一种比较常见的电子设备，一向被广泛地使用在电子电路、实验教学、科学研究等许多范畴。近年来，嵌入式技术发展极为敏捷，呈现了以单片机、嵌入式ARM 为中心的高集成度处理器，并在自动化、通讯等范畴得到了广泛使用。电源职业也开端选用内部集成资源丰厚的嵌入式操控器来完结数字稳压电源的操控体系。数字稳压电源是用脉宽调制波(PWM)来操控MOS管等开关器材的注册和封闭，然后完结电压电流的安稳输出。数字稳压电源还具有自确诊功用，能完结过压过流维护、毛病正告等。
比较之前的模仿电源，数字稳压电源大大削减了在模仿电源中常见的差错、老化、温度漂移、非线性不易补偿等许多问题，进步了电源的灵活性和适应性。将SAMSUNG公司的嵌入式ARM 处理器S3C2440芯片使用到实验室测验体系数字稳压电源的规划中，选用C言语和汇编言语，完结一种以嵌入式ARM 处理器为中心，具有PID操控器以及触摸屏等功用的测验体系数字稳压电源操控体系。
1 测验体系数字稳压电源组成及作业原理
数字稳压电源由主操控器、PWM 稳压电路、电压电流取样电路、PID操控器、触摸屏组成，体系原理框图如图1所示。
图1 体系原理框图
本电源对输出的电压电流信号进行采样，进行PID操控，最终输出PWM 驱动波形调理输出电压。输出电压供给应芯片测验渠道，供其测验芯片时运用。
前端交流电源输入到整流模块，经整流滤波后输出平稳的直流电压。该直流电压直接输出至IGBT模块。
高精度A/D转化器将后端输出的电压电流信号由模仿信号量变为数字量供应S3C2440进行数字PID运算，经过PID 操控器运算后，由S3C2440输出PWM 至IGBT，然后构成一个闭环操控体系，操控电压电流安稳输出，然后完结数字稳压电源规划，供给应芯片测验体系运用。ARM 操控器经过触摸屏完结人机交互界面，在触摸屏上设置参数和显现信息。
2 硬件规划
2.1 ARM 操控体系组成
鉴于PID运算和PWM 波输出模块要求高，经过考察，挑选SAMSUNG公司的S3C2440，这是一款32位依据ARM920T内核的CPU，具有高达400MHz的频率，完全能满意PID操控器运算的实时性要求;16位的定时器，可完结精度高达0.03μs的PWM 脉冲波，并且有防死区功用;24个外部中止源，完全能够满意对体系外部毛病信息进行实时呼应;内部嵌入LCD操控器，并具有DMA通道，使得电压电流值能够实时显现在LCD上，还能够经过触摸屏规划一些所需的参数;多达140个通用I/O口，能够方便地扩展外部接口和设备;具有8通道多路复用ADC，10位的数字编码，高达500kSPS转化率，满意了测验体系所需的A/D转化精度。
2.2 PWM 稳压电路规划
脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)原理是PWM 调制信号对半导体功率开关器材的导通和关断进行操控，使输出端得到一些列幅值持平而宽度不持平的脉冲，经过处理后得到安稳的直流电压输出。
PWM 调制信号由ARM 主操控器依据设定的电压值，按必定的规矩对各脉冲宽度进行调制后给出脉冲信号。
PWM 稳压电路如图2所示。
图2 PWM 稳压电路
半导体功率开关器材其开关转化速度的快慢直接影响电源的转化功率和负载才能，本体系PWM 稳压电路中，驱动电路由电阻、电容、晶体管和场效应管组成，MOSFET是电压单极性金属氧化硅场效应晶体管，所需驱动功率很小，简单驱动。MOSFET的输入阻抗很高，其导通和关断就相当于输入%&&&&&%充放电进程。依据所选器材的参数，计算出满意的条件，保证驱动电路供给足够大的过充电流，完结MOSFET 快速、牢靠的开关。
3 软件规划
选用S3C2440为中心处理器，其丰厚的片上资源和优异的运算速度，保证了体系的实时性，编写软件首要以C言语进行驱动和使用程序的开发，其大容量存储器，完全能满意体系程序的数据存储。
该测验体系中ARM 处理器所要完结的首要功用和软件完结办法如下。
3.1 PWM 波发生
PWM 用于对电路中IGBT 的驱动。依据输出采样，设定和调整定时器装备寄存器TCFGn 和定时器n计数缓存寄存器TCNTBn中的值来改动输出PWM 波的周期和脉冲宽度。修正TCNTBn的值能够操控PWM 波的占空比添加或削减1，PWM 输出占空比添加或许削减千分之一，能够到达千分之一的操控精度。
3.2 监控和维护体系
为了使数字稳压电源能够牢靠、安全地为测验体系供给电压，该体系设置了监控和维护体系，首要用于过流维护和过压维护等，ARM 处理器对电压和电流选用两层检测，当电压电流超出所设定的风险值规模时，声光报警，并发动维护电路。
3.3 PID操控算法
PID操控器由份额、积分、微分操控器组合，将丈量的受控方针(在本体系中为电压电流值)与设定值比较较，用这个差错来调理体系的呼应，以到达动态实时的操控进程。
在数字稳压电源PID操控体系中，运用份额环节操控电压电流的输出与输入差错信号成份额改动，可是这里会存在一个稳态差错，即实践值与给定值间存在的差错，因而需求引进积分环节来消除稳态差错以进步体系精度。但因为电源体系在导通、关断时，发生积分堆集，会引起电压电流超调，甚至会呈现震动。为了减小这方面的影响，设定给定一个差错值规模，当电压电流与设定作业值的差错小于这一给定值时，选用积分环节去消除体系份额环节发生的稳态差错。PID操控算法设定阈值ε，当|e(k)|>ε时，选用PD操控环节，削减超调量，使体系有较快的呼应;当|e(k)|《ε时，选用PID操控，以保证电压电流精度和安稳度。在电压到达千分之一精度规模后，需求参加积分环节，以完结电源开机时敏捷安稳的输出。PID算法流程图如图3所示。
图3 PID操控算法流程图
PID操控算法程序选用结构体界说：
struct PID{
unsigned int SetPoint; //设定方针Desired Value
unsigned int Proportion; //份额常数Proportional Const
unsigned int Integral; //积分常数Integral Const
unsigned int Derivative; //微分常数Derivative Const
unsigned int LastError; //Error[-1]
unsigned int PrevError; //Error[-2]
unsigned int SumError; //Sums of Errors
}spid;
在PID操控算法中，经过不断与给定值进行比较，动态操控电压电流输出的安稳，一起保证电压电流输出的精度。
PID操控算法程序如下：
unsigned int PIDCalc(struct PID *pp，unsigned int Next-Point)
{
unsigned int dError，Error;
Error=pp->SetPoint-NextPoint; //差错
pp->SumError+= Error; //积分
dError=pp->LastError-pp->PrevError; //当时微分
pp->PrevError=pp->LastError;
pp->LastError= Error;
return(pp->Proportion* Error //份额
+pp->Integral*pp->SumError //积分项
+pp->Derivative*dError); //微分项
}
测验体系的全体程序流程图如图4所示。
图4 主程序流程图
本文所规划的测验体系数字稳压电源能够满意芯片测验所需的电源要求。图5为输出的一路电压。由图可知，所输出的电压安稳。
图5 输出电压波形图
4 结 语
本文规划的稳压电源供给的电压安稳牢靠，体系运转也十分安稳。因为可扩展的I/O 十分多，能够一起为多个芯片供给各种所需的稳压电源电压值。该体系不只能够用在实验室芯片测验作业中，并且能够经过软件编程的办法，修正一些操控程序，使所规划的稳压电源作为智能电子产品功能测验的电源电压，这样进步了设备的运用功率，有着不错的使用远景。
