利用ATmega16设计电热锅炉温度控制器的方法

图2 ATMEGA16电路图

● 外部设备的选择

一台智能仪表往往需要有多种外部设备。根据功能模块划分,外部设备通常指过程输入／输出通道、人机接口(键盘、显示器、连接电路)等。

(1)模拟量输入通道

A／D转换器采用MEGA16芯片上的5～8路10位AD转换。ATmega16有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接,能对来自端口A的8路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0V(GND)为基准。器件还支持16路差分电压输入组合。两路差分输入(ADC1、ADC0与ADC3、ADC2)有可编程增益级,在A/D转换前给差分输入电压提供0dB(1x)、20dB(10x)或46dB(200x)的放大级。七路差分模拟输入通道共享一个通用负端(ADC1),而其他任何ADC输入可作为正输入端。ADC包括一个采样保持电路,以确保在转换过程中输入到ADC的电压保持恒定。

(2)开关量输出通道

在测控系统中,被控设备的驱动常常采用模拟量输出驱动和数字量(开关量)输出驱动两种方式。前者由于其输出受模拟器件的信号漂移等影响,很难达到较高的控制精度。随着电子技术的迅速发展,特别是单片机进入测控领域后,数字量输出控制的应用日益广泛。精度控制上,开关量输出控制比模拟输出控制高。利用开关量输出控制往往无须改动硬件,而只需改变程序就可用于不同的控制场合。

本设计采用开关量输出,并提供2种输出方式由用户选择： 继电器控制输出(AC 220V／3A,DC 24V／5A)阻性负载;SCR(可控硅)输出400V／0.5A。PWM输出电路如图3所示。

图3 PWM电路输出电路

(3)数码显示电路

显示屏驱动电路的主要作用是接受来自控制系统的数字信号,将发光二极管点亮,实现在LED显示屏上的信息的显示。在显示电路中采用双4位LED显示,测量值和目标值同时显示,LED显示屏使用的驱动电路是基于通用型集成电路移位寄存器74HC595和6B595来设计的,如图4所示。

图4 数码显示电路

(4)键盘输入电路

键盘输入的功能主要包括设定温度、在LED显示中进行显示实际温度和显示工作时间这两者循环显示的时候进行选择。同时考虑避免误操作而引起的设定温度的改变,所以系统专门增加一个确定键。因此该系统具有4个按键：模式选择、增加按钮、减少按钮及确定按钮。电路如图5所示。

图5 键盘输入电路

（5)通信接口电路

通信传输采用标准的RS485或RS232计算机数据串行通信方式,通过串口按一定的通信协议接收来自计算机串口RS232的信号,经过处理后按一定的规律传送到显示屏上显示。通信接口电路如图6所示。