【正文】 time. Software design of the main program, temperature acquisition conversion, keyboard and LCD1602 circuit.Key words thermocouple，max6675，at89s51 microcontroller，lcd1602II目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 12 動(dòng)態(tài)溫度測量記錄系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)一 3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)二 4 系統(tǒng)方案的確定 53 硬件電路設(shè)計(jì) 6 AT89S51單片機(jī)的硬件組成 6 片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu) 6 引腳功能 7 存儲器 8 熱電偶簡介 11 熱電效應(yīng)及微觀解釋 11 熱電偶類別及冷端補(bǔ)償 12 熱電偶選型 13 芯片MAX6675簡介 15 芯片MAX6675的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 15 芯片的特性 15 芯片工作原理 16 芯片溫度補(bǔ)償 17 芯片溫度測量 17 芯片簡介 18 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 18 芯片引腳圖 19 芯片簡介 19 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 20 電源電路設(shè)計(jì) 21 熱電偶與MAX6675電路設(shè)計(jì) 21 時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì) 22 實(shí)時(shí)電路設(shè)計(jì) 23 鍵盤電路設(shè)計(jì) 23 顯示電路設(shè)計(jì) 264 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì) 27 主程序流程圖 27 中斷子程序流程圖 28 按鍵子程序流程圖 295 Proteus仿真 30結(jié)束語 31致 謝 33參考文獻(xiàn) 34附 錄 35基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論隨著時(shí)代的發(fā)展，電子產(chǎn)品智能化深入人心。比如PT電阻、溫度傳感器是半導(dǎo)體為主的測量溫度的裝置等。從另外一個(gè)角度來講是熱電偶輸出的熱電勢是它自身包括周圍在內(nèi)的所處的溫度保持在零攝氏度時(shí)與需要測出來的那個(gè)端點(diǎn)之間的電位差，而在實(shí)際溫度測量應(yīng)用中冷端的溫度并不會(huì)一直保持在零攝氏度，而是會(huì)發(fā)生變動(dòng)的，所以要考慮冷端補(bǔ)償問題。我的設(shè)計(jì)是用K型熱電偶、復(fù)位電路、晶振電路、MAX6675與單片機(jī)及熱電偶的連接電路、LCD1602液晶顯示電路以及4X4矩陣鍵盤輸入電路等相關(guān)元器件來設(shè)計(jì)出相應(yīng)溫度采集放大和轉(zhuǎn)換電路、溫度顯示電路、鍵盤控制電路、實(shí)時(shí)時(shí)間顯示電路等。除此之外，當(dāng)不管是需要改變橋路電源還是要更換熱電偶的類型時(shí)，都需要對電路的元器件值重新再做出調(diào)整。方案二是熱電偶專用的芯片MAX6675芯片對采集到的溫度數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換、冷端補(bǔ)償、內(nèi)部校正工作，還可以對測量到的溫度進(jìn)行數(shù)字化處理的問題。SFR在片內(nèi)RAM上映射區(qū)共26個(gè)，對應(yīng)地址是80H~FFH。兩接觸點(diǎn)的電勢公式可以寫成： （321） （322）熱電偶電動(dòng)勢公式可以寫成： （323）因?yàn)殚]合回路的溫差電動(dòng)勢太小，常常都是被忽略的，所以可以把公式寫成： （324）如果熱電偶的型號選定了，冷端溫度也已經(jīng)明確了，那么就可以用一個(gè)對應(yīng)的固定的數(shù)值來表示，公式可以變?yōu)椋? （325）當(dāng)連接兩種不同種類的金屬A和B時(shí)，就可以推算出連接點(diǎn)處自由電子會(huì)發(fā)生蔓延的情況，這是因?yàn)椴煌N類的金屬內(nèi)部自由電子的密度是不一樣的。從字面上來講，我們所說的標(biāo)準(zhǔn)就是符合國家對一些性能方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而這些規(guī)定往往會(huì)有配套的顯示儀表可供測試或檢測使用時(shí)選擇。該補(bǔ)償電勢隨冷端溫度變化的特性一定要和熱電偶的熱電特性相一致，這樣才能獲得最佳補(bǔ)償效果【12】。C之間，而且對于測量溫度時(shí)的精度要求相對來說也是非常的高時(shí)，一般來講熱電偶都是選用的普遍都是型號為S型的熱電偶或者選用的熱電偶是型號為N型的都是可以的；（4）當(dāng)測量的溫度所在范圍是在1000176。測量物體不僅可以是氣體介質(zhì)，也可以是固體以及液體蒸汽等。 芯片MAX6675簡介 芯片MAX6675的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖我這次設(shè)計(jì)使用的是集成的MAX6675芯片，它是一種把Serial Peripheral interface總線【7】（串行外圍設(shè)備接口SPI）作為串行傳輸?shù)膶Ｓ玫募涠搜a(bǔ)償和模擬電壓轉(zhuǎn)換數(shù)字于一身的超實(shí)用芯片。芯片在對測量的溫度進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，把周圍的溫度通過內(nèi)部的溫度檢測二極管轉(zhuǎn)化成需要的補(bǔ)償電壓，加到已經(jīng)測量到的電壓上，電壓值再經(jīng)過內(nèi)部的模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理【4】，從而可以得到熱端的溫度對應(yīng)的電壓值。串行輸出的具體經(jīng)過是控制器先發(fā)出信號使芯片的片選端變成低電平選通，這樣就可以為SCK提供時(shí)鐘信號，測量出來的溫度電壓數(shù)據(jù)由端口SO讀取出來【4】。本系統(tǒng)是利用AT89S51單片機(jī)來控制帶有冷端補(bǔ)償?shù)腗AX6675溫度轉(zhuǎn)換芯片。圖362 熱電偶和MAX6675連接電路圖中可以看出，熱電偶與集成芯片MAX6675的連接非常簡單，具體的連接方式在介紹芯片時(shí)已經(jīng)說過了，這里就省略不寫了。相同的，按鍵復(fù)位電路中也是用到了電容值為經(jīng)典的10uF電解電容通過復(fù)位引腳端RST與+5V電源連接、和一個(gè)值為2K歐姆的電阻以及一個(gè)最為重要的、不可缺少的按鍵來共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作的。 鍵盤電路設(shè)計(jì)一、鍵盤的兩大分類：二、跟據(jù)網(wǎng)上和所學(xué)課本查的資料資料我了解到非編碼鍵盤可以分為：。芯片74LS30是14引腳的8輸入與非門，和74LS04芯片一樣其中的兩個(gè)引腳第14引腳接電源和第7引腳接地，1~11和12引腳是8個(gè)輸入端分別連接在控制器的P2口和鍵盤行列線之間。如果不全為1，則有鍵閉合，否則無鍵按下。當(dāng)沒有任何一個(gè)鍵按下時(shí)，芯片74LS30輸出電平為0，然后經(jīng)過芯片74LS04的一個(gè)非門后，輸出為1，控制器這時(shí)是不會(huì)響應(yīng)該中斷請求的。4 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件工作流程首先要對所用芯片進(jìn)行初始化處理，處理之后開始進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，采集之后再使用MAX6675芯片對采集到的溫度數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換、冷端補(bǔ)償、內(nèi)部校正工作；然后將轉(zhuǎn)換后得到的16位數(shù)據(jù)經(jīng)過處理可提取出12位有效溫度數(shù)字量，最后把轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，單片機(jī)把數(shù)據(jù)送給LCD1602，這樣就可以在上面呈現(xiàn)出來測量的溫度；定時(shí)器1S中斷一次記錄數(shù)據(jù)。老師說不僅僅是數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)問題，而是數(shù)碼管只能顯示出溫度，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測記錄溫度，可以考慮用顯示屏。致 謝在設(shè)計(jì)時(shí)，我也遇到許多令人不忍直視問題。雖然設(shè)計(jì)出來的東西沒能達(dá)到自己心目中的效果，但我認(rèn)為無論做什么事情，重要的不是結(jié)果，而是完成事情的過程。參考文獻(xiàn)[1]梁森，歐陽三泰，[2]趙標(biāo)，[3]張?zhí)K英，孟華，[4]李敏，[5]LCD1602的中文資料引腳功能圖及其應(yīng)用電路[6]DS1302的中文資料引腳功能圖及其應(yīng)用電路解決方案華強(qiáng)電子網(wǎng)[9]張毅剛，彭喜元，：高等教育出版社，[10]李希勝。同樣的，本次設(shè)計(jì)也和我的兩個(gè)同伴有著不可缺少的關(guān)系。當(dāng)把鍵盤設(shè)計(jì)好后，對它的使用就有很多不同思想，原本我是想著用不斷掃描的方法判斷按鍵到底有沒有被按下，老師看到后說這樣CPU太累了，可以考慮看看使用中斷掃描。接下來是溫度顯示部分，剛開始我因?yàn)椴⒉皇鞘掷斫膺@次課題要實(shí)現(xiàn)的功能，以為只要實(shí)現(xiàn)溫度的顯示就可以了，所以我選擇的是用數(shù)碼管顯示。LCD顯示屏的8個(gè)數(shù)據(jù)管腳與控制器的P0口連在一起，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。知道是哪個(gè)鍵閉合后, 就可以讀入相應(yīng)的鍵值, 然后再調(diào)轉(zhuǎn)到對應(yīng)鍵的處理子程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的功能。在這里，我先說明一下74LS04芯片，它是14引腳的非門（NOT）專用芯片，其中有兩個(gè)引腳是第14引腳接電源和第7引腳接地，其余十二個(gè)構(gòu)成了6個(gè)非門。除此之外，該芯片還可以（在突發(fā)方式下）一次傳送多個(gè)的Random Access Memory(RAM)數(shù)據(jù)或字節(jié)的時(shí)鐘信號【6】。具體連接方式由圖363展現(xiàn)出來。 熱電偶與MAX6675電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)避開了復(fù)雜的利用模擬電路的設(shè)計(jì)思想來實(shí)現(xiàn)溫度采集、補(bǔ)償和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)而使用集成芯片MAX6675實(shí)現(xiàn)測量溫度所需要的功能。熱電偶的工作端連接在MAX6675芯片的第三位引腳上【4】；熱電偶的自由端連接在MAX6675芯片的第二位引腳上【4】。 芯片簡介 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖341所展現(xiàn)出來的即為該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖333 芯片輸出格式從圖中可以看出，芯片輸出格式中的第一位和第十五位都是偽標(biāo)志位，一般來講，都是用低電平信號0來表示，第十四位到第三位是需要讀取的十二個(gè)有效溫度電壓數(shù)據(jù)位，第二位是斷偶檢測位，一般來說，它常常是用低電平來表示，如果它變成了高電平1，這就表示開始進(jìn)入斷偶檢測操作【4】。最后,通過串行數(shù)據(jù)輸出端口SO與單片機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸【4】。除此之外它還同時(shí)擁有了使用起來一般不會(huì)是參差不均的情況等諸多可取點(diǎn)。就K型熱電偶來講，據(jù)我所知，它是經(jīng)常和一些用來顯示記錄作用的儀表相互配合著來使用。C之后，而且所需要測量的溫度對于所處于的氣體氛圍又可以接受，對于測量溫度時(shí)的精度要求也不是非常的高的話，一般來講熱電偶首選的普遍都是鎢錸熱電偶；（3）當(dāng)測量的溫度所在范圍是在1000176。因此要想得到真正想要的熱電勢就要解決有關(guān)補(bǔ)償?shù)膯栴}。熱電偶溫度傳感器的制作和使用是基于這一原理【1】。當(dāng)他再次同時(shí)加熱兩個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了放在回路中的指南針的偏轉(zhuǎn)角不僅不增大，反而向回轉(zhuǎn)。由于本次設(shè)計(jì)未涉及片外擴(kuò)展，所以，在這里只介紹一下片內(nèi)128字節(jié)RAM的相關(guān)情況，具體內(nèi)容在下面的表格里展現(xiàn)出來。如圖212就是這個(gè)方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖。每一種傳感器都有自己的熱時(shí)間常數(shù)，所以在測量動(dòng)態(tài)溫度時(shí)需要考慮用軟件設(shè)計(jì)以達(dá)到動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測量的準(zhǔn)確性。要想顯示時(shí)間常用的方法有兩種，一是利用單片機(jī)時(shí)鐘進(jìn)行控制。但是當(dāng)熱電偶在集成芯片領(lǐng)域被用時(shí)，熱電偶卻存在著以下3個(gè)方面的問題。然而，在測量氣體溫度時(shí)，測量出來的溫度就會(huì)產(chǎn)生很大的偏差，主要就是響應(yīng)太慢了。4X4矩陣鍵盤輸入電路作為擴(kuò)展部分，可以對實(shí)時(shí)調(diào)整。三、主要參考資