ARM處理器S3C4480在高精度直流開(kāi)關(guān)電源設計中的應用
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在本系統中，PWM波形由中央處理器S3C4480的時(shí)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(guò)設置TCFGO和TCFGl寄存器的設置，將4BIT分頻器設置為O．5，預定標寄存器設置為l，計數比較寄存器TCNTB0設置為1000，這樣，在S3C4480主頻于66MHz時(shí)，TOUT0輸出的PWM波頻率為30 kHz。當TIMER0開(kāi)始計時(shí)后，每次TCNTB0的值與定時(shí)器的向下計數器值相同時(shí)，定時(shí)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(guò)專(zhuān)用的定時(shí)器輸出口TOUTO輸出的PWM波形，波形很好，經(jīng)過(guò)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，使得在系統軟件實(shí)現中主要以C語(yǔ)言進(jìn)行驅動(dòng)和應用程序的開(kāi)發(fā)，僅在CPU初始化階段使用ARM匯編語(yǔ)言。使用ARM S3C44BO芯片外擴了2M FLASH，8M SDRAM大容量存儲器，完全滿(mǎn)足了系統程序運行和數據的存儲，這樣充分發(fā)揮了S3C4—480 ARM嵌入式系統存儲器容量大，軟件編程簡(jiǎn)單，速度快，精度高的優(yōu)勢。數字控制系統軟件流程如圖2所示。
在系統開(kāi)機后，首先要檢測系統外圍設備的狀態(tài)是否正常，以免出現故障。在系統運行中，為了防止軟件跑飛，還需要開(kāi)啟看門(mén)狗功能，加入喂狗程序，這樣軟件上保證系統的可靠性和穩定性。在A(yíng)DC部分對采樣值進(jìn)行均值濾波，保證采樣值的正確與穩定。
3.2 PID控制算法
在自動(dòng)控制技術(shù)中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例(P)、積分(I)、微分(D)控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)Pm調節。其原理的關(guān)鍵是測量、比較和執行。PID控制器將測量受控對象(在本系統中即電壓電流值)與設定值相比較，用這個(gè)誤差來(lái)調節系統的響應。
在電源數字PID控制系統中，使用比例環(huán)節控制電壓電流的輸出與輸入誤差信號成比例改變，但是實(shí)際值與給定值通常會(huì )存在偏差，這個(gè)偏差稱(chēng)作穩態(tài)誤差。因此，需要引入積分環(huán)節的消除穩態(tài)誤差功能提高精度，但是考慮到電源系統開(kāi)機、關(guān)機或大幅增加電壓電流工作設定值時(shí)，產(chǎn)生積分積累，就會(huì )引起電壓電流超調，甚至在給定值上下振蕩。所以為減小在運行過(guò)程中積分環(huán)節對電壓電流動(dòng)態(tài)性能的影響，采用了積分分離PID控制電壓電流，即當電壓電流與設定工作值的誤差小于一個(gè)范圍時(shí)，再采用積分環(huán)節去消除系統比例環(huán)節產(chǎn)生的穩態(tài)誤差。
積分分離PID控制算法需設定積分分離閥ε，當l e(k)│>ε時(shí)，即偏差值較大時(shí)，僅采用PD控制環(huán)節，減少超調量，使系統有較快響應；當l e(k)l≤ε時(shí)，即偏差值比較小時(shí)，采用PID控制，以保證電壓電流精度和穩定度。在開(kāi)機后，按照固定步長(cháng)打開(kāi)PWM波寬度，使得電壓升高。在達到設定值一定范圍后，為防止電壓過(guò)沖，需要加入積分分離PID控制算法進(jìn)行控制，防止電壓超調。在電壓達到千分之一進(jìn)度范圍后，需要加入積分環(huán)節，完成電源開(kāi)機時(shí)迅速穩定的輸出。PID算法流程如圖3所示。
4 結語(yǔ)
嵌入式ARM芯片S3C4480在高精度開(kāi)關(guān)電源數字控制系統設計中的應用，充分利用該芯片上強大的資源，簡(jiǎn)化了硬件電路，提高了軟件開(kāi)發(fā)速度，方便了軟硬件調試，提高了系統的可靠性。該系統經(jīng)現場(chǎng)調試證明，設計合理、運行可靠，為廠(chǎng)家實(shí)現了5l系列8位單片機到ARM 32位系統的升級，降低了成本并提高了產(chǎn)品的性能。
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