基于AVR單片機設計的加熱控制系統
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單片機將需要顯示的 8位字段碼通過SPI傳至74HC164，由74HC164輸出8位并行邏輯電平驅動數碼管顯示。單片機依次使能4位共陽極數碼管的位選擇端，按順序點亮4位數碼管的各位。由于人眼觀察時特有的“視覺暫存”效應，當亮滅頻率達到一定程度時無法覺察數碼管明暗的變化，認為4位數碼管各位始終點亮，即實現了4位數碼管的動態顯示。通過使用同步串口SPI與74HC164型串入并出芯片驅動數碼管的8位字段碼，比傳統并行驅動方式節約6個單片機I/O口，并且利用ATmega8自帶的硬件SPI單元，無需軟件模擬SPI通信。
由于采用動態顯示技術，編程時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PC1—PC4使能數碼管中某一位點亮，否則就會發生錯位顯示現象。
3.4 加熱驅動電路
ATmega8的I/O口輸出負載能力最大為40mA，無法直接驅動工業環境中使用的電爐、電機等大功率設備，必須通過中間驅動電路實現單片機對功率設備工作狀態的控制。實際應用中，通常采用繼電器或交流接觸器間接驅動。由于繼電器或交流接觸器具有機械接觸特點，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關的缺點，本系統選用以可控硅為主體的完全光電隔離的中間驅動電路。可控硅是大功率開關型半導體器件。能在高電壓、大電流條件下工作，具有無器械接觸、體積小、便于安裝等優點，廣泛應用于電力電子設備中。加熱驅動電路示意圖如圖3所示。
ATmega8根據現場溫度的和用戶設定的目標溫度計相關的控制參數算出實時控制量。將此控制量寫入單片機定時器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柵極被經由R1、R2和雙向光電耦合器的信號觸發導通，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柵極無觸發信號被關斷，加熱電路斷電停止工作。
電路中的 R3、C2組成阻容吸收單元，可減少可控硅關斷時加熱電路中感性元件產生的自感電動勢對可控硅的過壓沖擊。R1、C1組成低通濾波單元，能降低雙向光電耦合器誤觸發對后續電路的影響。同時、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，以及實際測量中各個功能模塊的協調。鍵盤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，以滿足數據雙向傳輸的異步性和實時性要求。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環境開發。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，以較少代碼量實現本系統要求的全雙工步通信。用戶可通過上位機程序完成溫控參數設定、溫度數據保存和離線分析等操作。
5 結束語
筆者設計的溫度測量及加熱控制系統充分發揮了 ATmega8型單片機的特點，結合現有技術，大大降低了硬件電路的設計復雜度。該系統已經設計制作完成，并在仿真深海高溫熱液環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，抗干擾能力強等優點。
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