利用ATmega16設計電熱鍋爐溫度控制器的方法

圖2 ATMEGA16電路圖

● 外部設備的選擇

一臺智能儀表往往需要有多種外部設備。根據功能模塊劃分,外部設備通常指過(guò)程輸入／輸出通道、人機接口(鍵盤(pán)、顯示器、連接電路)等。

(1)模擬量輸入通道

A／D轉換器采用MEGA16芯片上的5～8路10位AD轉換。ATmega16有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復用器連接,能對來(lái)自端口A(yíng)的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V(GND)為基準。器件還支持16路差分電壓輸入組合。兩路差分輸入(ADC1、ADC0與ADC3、ADC2)有可編程增益級,在A(yíng)/D轉換前給差分輸入電壓提供0dB(1x)、20dB(10x)或46dB(200x)的放大級。七路差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負端(ADC1),而其他任何ADC輸入可作為正輸入端。ADC包括一個(gè)采樣保持電路,以確保在轉換過(guò)程中輸入到ADC的電壓保持恒定。

(2)開(kāi)關(guān)量輸出通道

在測控系統中,被控設備的驅動(dòng)常常采用模擬量輸出驅動(dòng)和數字量(開(kāi)關(guān)量)輸出驅動(dòng)兩種方式。前者由于其輸出受模擬器件的信號漂移等影響,很難達到較高的控制精度。隨著(zhù)電子技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是單片機進(jìn)入測控領(lǐng)域后,數字量輸出控制的應用日益廣泛。精度控制上,開(kāi)關(guān)量輸出控制比模擬輸出控制高。利用開(kāi)關(guān)量輸出控制往往無(wú)須改動(dòng)硬件,而只需改變程序就可用于不同的控制場(chǎng)合。

本設計采用開(kāi)關(guān)量輸出,并提供2種輸出方式由用戶(hù)選擇： 繼電器控制輸出(AC 220V／3A,DC 24V／5A)阻性負載;SCR(可控硅)輸出400V／0.5A。PWM輸出電路如圖3所示。

圖3 PWM電路輸出電路

(3)數碼顯示電路

顯示屏驅動(dòng)電路的主要作用是接受來(lái)自控制系統的數字信號,將發(fā)光二極管點(diǎn)亮,實(shí)現在LED顯示屏上的信息的顯示。在顯示電路中采用雙4位LED顯示,測量值和目標值同時(shí)顯示,LED顯示屏使用的驅動(dòng)電路是基于通用型集成電路移位寄存器74HC595和6B595來(lái)設計的,如圖4所示。

圖4 數碼顯示電路

(4)鍵盤(pán)輸入電路

鍵盤(pán)輸入的功能主要包括設定溫度、在LED顯示中進(jìn)行顯示實(shí)際溫度和顯示工作時(shí)間這兩者循環(huán)顯示的時(shí)候進(jìn)行選擇。同時(shí)考慮避免誤操作而引起的設定溫度的改變,所以系統專(zhuān)門(mén)增加一個(gè)確定鍵。因此該系統具有4個(gè)按鍵：模式選擇、增加按鈕、減少按鈕及確定按鈕。電路如圖5所示。

圖5 鍵盤(pán)輸入電路

（5)通信接口電路

通信傳輸采用標準的RS485或RS232計算機數據串行通信方式,通過(guò)串口按一定的通信協(xié)議接收來(lái)自計算機串口RS232的信號,經(jīng)過(guò)處理后按一定的規律傳送到顯示屏上顯示。通信接口電路如圖6所示。