2 PWM控制原理

　　采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環節上時，其效果基本相同。PWM控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖列來代替正弦波或其他所需要的波形，并按照一定的規則對各個脈沖的寬度進行調制。

　　在本系統中，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，TOUT0輸出的PWM波頻率為30 kHz。當TIMER0開始計時后，每次TCNTB0的值與定時器的向下計數器值相同時，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，使得在系統軟件實現中主要以C語言進行驅動和應用程序的開發，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，完全滿足了系統程序運行和數據的存儲，這樣充分發揮了S3C4—480 ARM嵌入式系統存儲器容量大，軟件編程簡單，速度快，精度高的優勢。數字控制系統軟件流程如圖2所示。

　　在系統開機后，首先要檢測系統外圍設備的狀態是否正常，以免出現故障。在系統運行中，為了防止軟件跑飛，還需要開啟看門狗功能，加入喂狗程序，這樣軟件上保證系統的可靠性和穩定性。在ADC部分對采樣值進行均值濾波，保證采樣值的正確與穩定。

3.2 PID控制算法

　　在自動控制技術中，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，簡稱PID控制，又稱Pm調節。其原理的關鍵是測量、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，用這個誤差來調節系統的響應。

　　在電源數字PID控制系統中，使用比例環節控制電壓電流的輸出與輸入誤差信號成比例改變，但是實際值與給定值通常會存在偏差，這個偏差稱作穩態誤差。因此，需要引入積分環節的消除穩態誤差功能提高精度，但是考慮到電源系統開機、關機或大幅增加電壓電流工作設定值時，產生積分積累，就會引起電壓電流超調，甚至在給定值上下振蕩。所以為減小在運行過程中積分環節對電壓電流動態性能的影響，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范圍時，再采用積分環節去消除系統比例環節產生的穩態誤差。

　　積分分離PID控制算法需設定積分分離閥ε，當l e(k)│>ε時，即偏差值較大時，僅采用PD控制環節，減少超調量，使系統有較快響應；當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。在電壓達到千分之一進度范圍后，需要加入積分環節，完成電源開機時迅速穩定的輸出。PID算法流程如圖3所示。

4 結語

　　嵌入式ARM芯片S3C4480在高精度開關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，簡化了硬件電路，提高了軟件開發速度，方便了軟硬件調試，提高了系統的可靠性。該系統經現場調試證明，設計合理、運行可靠，為廠家實現了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品的性能。