温控系统的信号采样放大及A/D转换电路设计

　　一 简介

　　本温度控制和显示系统是一个闭环反馈控制系统,它用温度传感器将检测到的温度信号经放大,A/D转换后送入计算机中,与设定值进行比较,得到偏差。对此偏差按PID算法进行修正,返回对应工况下的可控硅导通时间,调节电热丝的有效加热功率,从而实现对铁块的温度控制。

　　系统采用AT89C52芯片为CPU,外扩了8K的数据存储器6264。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能的CMOS 8位单片机,片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。

　　AT89C52的主要性能参数有：

　　·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。

　　·8K可重擦写的闪速存储器。

　　·1000次擦写周期。

　　·全静态操作：0Hz-24MHz。

　　·三级加密程序存储器。

　　·256×8字节内部RAM。

　　·32个可编程I/O口线。

　　·3个16位的定时/计数器。

　　·8个中断源。

　　·可编程串行UART通道。

　　·低功耗空闲和掉电模式。

　　AT89C52提供以下标准功能：8K字节的Flash闪速存储器,256字节的内部RAM,32个I/O口线,3个16位的定时/计数器,一个6向量两极中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

　　二.控制系统的原理

　　本温度控制和显示系统中,单片机系统用控制对铁块的加热时间来控制铁块的温度,铁块的温度经检测,放大,校正和A/D转换后送入单片机,由单片机计算当前值,然后根据PID控制规律返回可控硅导通的脉冲个数Tn,通过比较Tn和当前可控硅导通的脉冲个数决定打开关闭双向可控硅。铁块的温度给定和PID控制器参数设定用单片机系统的键盘来实现。控制系统结构框图如下：

　　系统的数据采集主要是对铁块现时温度的检测转换,温度的检测由铂电阻完成,用电桥得到差动值,经差动放大器放大后,送入A/D转换器进行转换,最后送入处理器处理。

　　温度传感器和信号放大电路如下图所示：

　　我们使用电桥读取铂电阻的输出信号,图中TL431电路部分为供桥电压产生电路,因为供桥电源的变化几乎是一比一的反映到电桥电压输出,所以供桥电源的稳定与否直接影响到温度采样的精度。当系统有一精度足够的+10V电源时,TL431电路部分可以省略。电桥部分桥上臂电阻选22KΩ,右下臂电阻选100Ω,电桥输出电压为：