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广西大学

电子信息系统综合设计报告

课题名称：基于PID控制算法的串联型开关电源设计与实现

学院计算机与电子信息学院

专业

班级

学号

姓名

一、课设要求

基于STC12系列单片机，设计一个开关电源，要求用户从键盘输入一个电

压，并把该电压值在LCD上面显示出来，再由A/D转换模块对串联开关电源电

路的输出端进行电压采集，将采集到的电压值与键盘输入的电压值进行比较，

通过PID闭环控制算法，控制PWM的脉宽输出，由此控制串联开关电压电源电

路，改变输出的电压值，使得输出值与设定的电压值相等；要求输出电压范围

在0.5V~4.5V，步进为0.2V。在PID控制的三个系数，可以通过遗传算法来

确定。

二、系统框图和整机概述

本系统主要包括以下部分：单片机模块，开关电源模块，PWM输出模块模

块，AD转换模块，液晶显示模块，键盘模块。本设计由开关电源的主电路和控

制电路两部分组成，主电路主要处理电能，控制电路主要处理电信号，采用负

反馈构成一个自动控制系统。开关电源采用PWM控制方式，通过给定量与反馈

量的比较得到偏差，通过调节器控制PWM输出，从而控制开关电源的输出。当

键盘输入预置电压后其中单片机模块，PWM输出，AD采样，构成单闭环系统。

前端三相交流电源输入到开关电源整流模块，经整流滤波后输出平稳的直流电

压。然后经过高精度AD转换器将后端输出的电压电流信号由模拟信号量变为数

字量供给单片机进行PlD运算，经过PID控制运算后输出PWM从而构成一个闭

环系统，控制电压电流稳定输出，进行LCD显示，从而实现开关电源控制系统。

PWM波形输出模块串联开关电路

闭环

LCD显示当前电压

AT89C51AD转换模块

和目标电压

按键增减电压输入

图一系统框图

1

整体程序的流程为开始进入初始化程序，包括LCD1602的初始化、PWM的

初始化、PID控制算法的初始化等，然后进行按键检测，有按键输入时，调用

按键控制子程序，输出一定占空比的PWM，并将设定的电压显示在LCD1602上，

接着读取AD采样的电压值，经PID控制算法调节PWM的占空比，最终得到一个

与设定电压非常接近的输出电压。这次实验外接的芯片是AD1674，在程序设计

时就要对AD1674芯片进行配置，把AD转换后的数据送入单片机。本次实验启

动的是12位AD，AD1674接入10V的基准电压，所以在对电压值进行计算的时

候要使用这个式子计算出实际电压值。

系统初始化

设置工作参数

AD转换、显示模块是否正常

ADC采样、滤波

增量式PID运算赋值

调整PWM占空比

LCD显示当前电压和目标电压

图二程序框图

PID增量式算法（程序核心）

因为PI系统中的I的存在会使整个控制系统的响应速度受到