基于A(yíng)Tmgea8單片機設計的加熱控制系統

此顯示電路采用“單片機→串入并出芯片→數碼管”的動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)。單片機與 74HC164型串入并出電路使用同步串口SPI方式連接，單片機工作在主機模式，時(shí)鐘輸出端SCK接至74HC164的CLK引腳，數據輸出端MOSI接至74HC164的數據輸入引腳AB。

單片機將需要顯示的 8位字段碼通過(guò)SPI傳至74HC164，由74HC164輸出8位并行邏輯電平驅動(dòng)數碼管顯示。單片機依次使能4位共陽(yáng)極數碼管的位選擇端，按順序點(diǎn)亮4位數碼管的各位。由于人眼觀(guān)察時(shí)特有的“視覺(jué)暫存”效應，當亮滅頻率達到一定程度時(shí)無(wú)法覺(jué)察數碼管明暗的變化，認為4位數碼管各位始終點(diǎn)亮，即實(shí)現了4位數碼管的動(dòng)態(tài)顯示。通過(guò)使用同步串口SPI與74HC164型串入并出芯片驅動(dòng)數碼管的8位字段碼，比傳統并行驅動(dòng)方式節約6個(gè)單片機I/O口，并且利用ATmega8自帶的硬件SPI單元，無(wú)需軟件模擬SPI通信。

由于采用動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，編程時(shí)必須注意每次更新顯示數值應先將待顯示字段送到 74HC164，再通過(guò)PC1—PC4使能數碼管中某一位點(diǎn)亮，否則就會(huì )發(fā)生錯位顯示現象。

3.4 加熱驅動(dòng)電路

ATmega8的I/O口輸出負載能力最大為40mA，無(wú)法直接驅動(dòng)工業(yè)環(huán)境中使用的電爐、電機等大功率設備，必須通過(guò)中間驅動(dòng)電路實(shí)現單片機對功率設備工作狀態(tài)的控制。實(shí)際應用中，通常采用繼電器或交流接觸器間接驅動(dòng)。由于繼電器或交流接觸器具有機械接觸特點(diǎn)，因而很大程度上降低了控制系統整體的穩定性和可靠性。

為了避免機械接觸開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)，本系統選用以可控硅為主體的完全光電隔離的中間驅動(dòng)電路?？煽毓枋谴蠊β书_(kāi)關(guān)型半導體器件。能在高電壓、大電流條件下工作，具有無(wú)器械接觸、體積小、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于電力電子設備中。加熱驅動(dòng)電路示意圖如圖3所示。

ATmega8根據現場(chǎng)溫度的和用戶(hù)設定的目標溫度計相關(guān)的控制參數算出實(shí)時(shí)控制量。將此控制量寫(xiě)入單片機定時(shí)器1的OC 1A 寄存器，以決定輸出 PWM波的占空比。在PWM波的高電平期間，通過(guò)限流保護電阻器R4的雙向光電耦合器上電工作，雙向可控硅TRIAC1柵極被經(jīng)由R1、R2和雙向光電耦合器的信號觸發(fā)導通，加熱電路得電工作；PWM波低電平期間，雙向光電耦合器截止，雙向可控硅TRIAC1柵極無(wú)觸發(fā)信號被關(guān)斷，加熱電路斷電停止工作。

電路中的 R3、C2組成阻容吸收單元，可減少可控硅關(guān)斷時(shí)加熱電路中感性元件產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢對可控硅的過(guò)壓沖擊。R1、C1組成低通濾波單元，能降低雙向光電耦合器誤觸發(fā)對后續電路的影響。同時(shí)、雙向光電耦合器的使用徹底隔離了強弱電路，避免了大功率器件對單片機的干擾。

4 軟件設計

系統程序由主程序、溫度采集子程序、加熱控制子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、串行通信子程序和中斷子程序等部分組成。主程序主要完成加熱控制系統各部件的初始化和自檢，以及實(shí)際測量中各個(gè)功能模塊的協(xié)調。鍵盤(pán)掃描和控制算法等子程序利用 ATmega8豐富的中斷資源，在外部中斷和定時(shí)器溢出中斷子程序中完成上述工作。與上位機的串行通信采用ATmega8自帶的UART硬件傳輸中斷，以滿(mǎn)足數據雙向傳輸的異步性和實(shí)時(shí)性要求。單片機溫度采集子程序和加熱控制子程序流程如圖4所示。

上位機監控程序基于 Visual C++6.0環(huán)境開(kāi)發(fā)。使用微軟公司提供的MsComm控件有效避免了直接調用Win32API造成的編程煩瑣等弊端，以較少代碼量實(shí)現本系統要求的全雙工步通信。用戶(hù)可通過(guò)上位機程序完成溫控參數設定、溫度數據保存和離線(xiàn)分析等操作。

5 結束語(yǔ)

筆者設計的溫度測量及加熱控制系統充分發(fā)揮了 ATmega8型單片機的特點(diǎn)，結合現有技術(shù)，大大降低了硬件電路的設計復雜度。該系統已經(jīng)設計制作完成，并在仿真深海高溫熱液環(huán)境試驗中取得了良好的效果，具有溫控準確、操控界面友好、穩定性高，抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。