【正文】 沒有損失熱輻射能量，而且傳感器的介入不會改變被測介質(zhì)溫度，熱平衡方程[13]可以表示為 （21）其中，為比熱容；為溫度傳感器質(zhì)量；平均溫度時間函數(shù)；被測介質(zhì)溫度函數(shù)；溫度傳感器耗散系數(shù)；t為時間變量。 系統(tǒng)方案設(shè)計一這種方案設(shè)計的基本思想是：模擬元器件組成冷端補(bǔ)償轉(zhuǎn)換以及放大電路,這種冷端補(bǔ)償放大以及模擬和數(shù)字相互轉(zhuǎn)換組成的電路不僅占用電路的體積比較大,而且使用起來也非常不方便。圖211 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)方案設(shè)計二在這里我選擇了自帶熱電偶冷端補(bǔ)償和放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的專用芯片MAX6675，MAX6675芯片除了可以對冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償外，還能對溫度進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換使其可以直接與51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖212 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)方案的確定現(xiàn)在對上述兩種方案進(jìn)行比較，由系統(tǒng)框圖可以得出方案一所需電路比較復(fù)雜，而且測量出的溫度值不精確，這樣就可能會造成非常大的誤差。 3 硬件電路設(shè)計 AT89S51單片機(jī)的硬件組成 片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖示:圖311 片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)AT89S51具有的基本特點是【9】：CPU是8位微處理器128byte片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器4K片內(nèi)程序存儲器8位可編程并行I/O口4個全雙工的異步串行口1個16位可編程定時計數(shù)器2個看門狗定時器1個中斷系統(tǒng)有5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級特殊功能寄存器26個掉電模式下具有中斷恢復(fù)模式。表316 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間分配單片機(jī)通過特殊功能寄存器SFR控制片內(nèi)各功能部件。圖314 特殊功能寄存器的名稱及分布 熱電偶簡介 熱電效應(yīng)及微觀解釋 熱電效應(yīng)定義：將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串聯(lián)成一個閉合回路，當(dāng)兩接點溫度不通時，回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)【1】。由指南針的偏轉(zhuǎn)可以得出了一個結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中有電動勢產(chǎn)生并伴隨有電流的流動，電流大小和連接處的溫度相關(guān)聯(lián)【1】。所以，在利用熱電偶對溫度進(jìn)行測量時，測量儀表是被允許接入的，我們可以通過測得熱電動勢后得到被測介質(zhì)的溫度。 熱電偶類別及冷端補(bǔ)償總的來說，熱電偶溫度傳感器可以分為【1】：。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶溫度傳感器類型分別是S型、B型、E型、K型、R型、J型、T型七種【1】。如果不想辦法消除因為冷端溫度發(fā)生改變而影響到真實溫度的測量就會造成比較大的測量誤差。 根據(jù)溫度測量的范圍來選擇（1）當(dāng)測量的溫度所在范圍是在1300176。C到1300176。C以下，或者測量的溫度所在范圍是小于0攝氏度的話，一般來講熱電偶都是普遍選用型號為T型的熱電偶，因為，相對來說，在溫度比較低的環(huán)境中使用時型號為T型的熱電偶變化不是很大，測量出的誤差也是比較小的，而且對于測量溫度時的精度也是比較好的。K型熱電偶可以測量的溫度范圍是0攝氏度到1300攝氏度【1】。 正極（KP）的組成比例為：Ni所占比例是92/104，Cr所占比例是12/104；負(fù)極（KN）的組成比例為：Ni所占比例是99/102，Si所占比例是3/102；可以用在零下兩百攝氏度的低溫環(huán)境到1300176。K型熱電偶普遍應(yīng)用于氧化性惰性氣體中，不可以在沒有任何保護(hù)措施的條件下使用在還原性或者是還原和氧化交換出現(xiàn)的氣體中（高溫條件），當(dāng)處于弱氧化氣體中時也不推薦用K型熱電偶測溫. 經(jīng)過上述對熱電偶的一些表達(dá)情況，可以知道K型熱電偶已經(jīng)完全滿足本次設(shè)計需要完成的關(guān)于測量溫度的各項功能，所以本次設(shè)計就打算選用K型熱電偶作為溫度采集器件。圖331芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 芯片的特性芯片的特點可以概括如下【4】（1）串行數(shù)據(jù)傳輸（SPI）（2）測溫范圍在零攝氏度到一千零二十四攝氏度之間（3）十二字節(jié)零點二五攝氏度的分辨率（4）差動放大器的輸入阻抗比較高（5）片內(nèi)已經(jīng)帶有冷端補(bǔ)償?shù)墓δ埽?）可以對熱電偶是否斷開進(jìn)行檢測（7）只需要+5V的電壓供電（8）兩千伏特的靜電釋放(ElectroStatic discharge，簡寫ESD)保護(hù)【4】（9）工作環(huán)境溫度在零下二十?dāng)z氏度到零上八十五攝氏度之間【4】（10）功率消耗相對來說比較少芯片引腳圖通過圖332表示出來，引腳功能表通過表331展示出來圖332 芯片引腳表331 芯片引腳功能引腳名稱功能1GND接地端口2TK型熱電偶負(fù)極接口3T+K型熱電偶正極接口4VCC+5V電源輸入端口5SCK串行時鐘輸入端口6CS片選端口，低電平時有效，啟動串行接口7SO串行數(shù)據(jù)輸出端口8.懸空不接 芯片工作原理芯片在內(nèi)部對第二引腳和第三引腳接收到的微弱電壓信號通過內(nèi)部的低噪聲運放進(jìn)行放大處理，然后再使用內(nèi)部的電壓跟隨器進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖，之后電壓數(shù)據(jù)再被送到模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理。 芯片溫度補(bǔ)償當(dāng)熱電偶冷端溫度發(fā)生變化時，芯片還是可以對溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。除此之外，芯片對電源造成的耦合噪聲非常靈敏，所以在芯片的電源和地引腳之間要接一個容值為零點一微法的陶瓷電容，來降低電源噪聲對其測量時的影響【4】。第一位是芯片的身份位，當(dāng)它是低電平信號0時，提供身份碼，第零位所代表的就是三態(tài)【4】。芯片串行口時序圖如下：圖334 芯片時序如圖所展示的就是芯片時序圖，其中數(shù)據(jù)口的第三位到第十四位是十二位的有效數(shù)據(jù)，最小值是0000H，它和真實溫度零攝氏度相互對應(yīng)起來，最大值是FFFH，它和真實溫度一千零二十三點七五攝氏度相互對應(yīng)起來。圖341 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 芯片引腳圖芯片引腳圖通過圖342表示出來，引腳功能表通過表341展示出來圖342 芯片管腳表341圖351 芯片的實物圖圖352 引腳功能圖表351 基本操作表 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本次設(shè)計的系統(tǒng)硬件電路部分主要由熱電偶和MAX6675溫度處理電路、4X4的矩陣鍵盤電路和LCD1602液晶顯示電路等組成。（2）MAX6675芯片與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信并不是常用的并行口，而是經(jīng)過串口進(jìn)行的。 電源電路設(shè)計圖361 電源電路設(shè)計對電源電路這一部分的設(shè)計在當(dāng)代的社會生活中已經(jīng)有了很多樣式。具體連接方式由圖362展現(xiàn)出來。這樣就可以減小電源噪聲對芯片測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響【4】。圖363 單片機(jī)時鐘與復(fù)位電路圖中可以看出，【9】和2個一模一樣的容值為30PF的陶瓷電容相互配合共同完成了時鐘電路的設(shè)計。圖364 時間顯示連接電路圖中可以看出，時間的顯示靠的是非常經(jīng)典的一種芯片DS1302來完成的。，、VCC2接上直流+5V的電源電壓，VCC1接兩節(jié)干電池。44矩陣鍵盤與單片機(jī)相連只需8條線（行連接線數(shù)和列連接線數(shù)數(shù)目和）。圖片中1引腳代表的是非門的輸入端，二為輸出端與單片機(jī)的外部中斷0引腳連接。鍵盤最最常用的兩種工作原理其中之一就是掃描法。所有列線先被置為0，讀行線狀態(tài)是否都為高電平（1）。假設(shè)此時是鍵3被按下，當(dāng)把第一列置為低，其余列均為高，此時第一列行線均為高；當(dāng)把第二列置低，其余列均為高，發(fā)現(xiàn)第一行的行線仍未高；一直到把第四列置為低，其余列均為高時，會發(fā)現(xiàn)此時的行線變?yōu)榈?，由此就可以知道是鍵3按下。鍵盤工作方式可以是在這里主要結(jié)合上圖來介紹本次設(shè)計用到的中斷掃描方式。在這里主要介紹的是本次設(shè)計用到的液晶屏顯示。本次設(shè)計因為既要出來時間又要出來溫度，而數(shù)據(jù)又只能從P0口傳數(shù)，所以采用了分時復(fù)用的設(shè)計思想，巧妙地達(dá)到想要的效果。 主程序流程圖 中斷子程序流程圖 按鍵子程序流程圖5 Proteus仿真仿真原理圖：結(jié)束語對我來言，這次的畢業(yè)設(shè)計可以說是有著非常非常重要的意義的，為了設(shè)計，我?guī)缀蹩梢哉f是把以前已經(jīng)學(xué)過的知識從頭到尾都又看了一遍。在與老師的交流中才發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計的數(shù)碼管顯示模塊根本就忘了設(shè)計驅(qū)動電路，整個系統(tǒng)完全就沒法顯示。這時，路老師提出了一個問題，把我問的瞬間說不出話來，路老師說，本次設(shè)計要求的是動態(tài)實時記錄的，你這樣的設(shè)計是無法體現(xiàn)出這一點的，可以考慮用別的方法來實現(xiàn)。在查找好資料后，我也是非常贊同，同樣也很感謝老師給出的這個設(shè)計思路，最后在設(shè)計時就用了中斷掃描。比如電路原理圖接法，真是幾乎不記得該怎么接了，沒辦法只得翻看單片機(jī)原理這本書。在最后，我要對我的指導(dǎo)老師路立平老師表示感謝，謝謝您的指導(dǎo)和建議，它對我來說有著非常重要的作用，也正因為有了您的幫助，我才能順利完成本次論文的設(shè)計。因為路老師并不是像別的老師一樣每次指導(dǎo)都只挑自己上課時間前后幾分鐘講解一下，路老師特意在沒課的時間過來指導(dǎo)我們，有時會講解一兩個小時，對我們有疑問的問題非常有耐心的講解了一遍又一遍，我們都感覺老師真的很負(fù)責(zé)、很認(rèn)真。2003（3）：26~27[12]課程設(shè)計(論文)基于89C52的熱電偶測溫系統(tǒng)LTC2053_道客巴巴[13]路立平，馮建琴，[14]王前波，閻沖，段曉健，[15]夏明娜，[16]〔M〕. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 1998年4月.[17] 《單片機(jī)基礎(chǔ)》. [18] 曹衛(wèi)芳. 基于MCS51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究[M]. 山東科技大[19] 張琳娜，劉武發(fā). 傳感檢測技術(shù)及應(yīng)用[M]，中國計量出版社,1999 [20]Dynamic Calibration of the Cutting Temperature Sensor of NiCr/NiSi Thinfilm Thermocouple .Chinese Journal of Mechanical 期刊 [21]8bit Microcontroller with 4K bytes insystem programble flash ,2001附 錄35