【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PI總線的方法實(shí)現(xiàn)與MAX6675的接口。 模擬SPI的數(shù)據(jù)輸入端與SO相連, 模擬SPI 的從機(jī)選擇端與CS相連,電路中主機(jī)為AT89C51,從機(jī)為MAX6675。、。 給MAX6675 發(fā)送串行時(shí)鐘， 用來(lái)接收MAX6675輸出的串行溫度數(shù)據(jù),用于選通MAX6675 工作。系統(tǒng)配有4位數(shù)碼管顯示,小數(shù)點(diǎn)設(shè)在十位后邊,可測(cè)溫度為0~400℃,℃。圖31單片機(jī)控制電路溫度采集電路模塊包括K型熱電偶和max6675所組成的電路模塊，其電路原理圖如圖32所示，熱電偶的功能是檢測(cè)熱、冷兩端溫度的差值，熱電偶熱節(jié)點(diǎn)溫度可在0℃～+℃范圍變化。冷端即安裝MAX6675的電路板周圍溫度，此溫度在20℃～+85℃范圍內(nèi)變化。當(dāng)冷端溫度波動(dòng)時(shí)，MAX6675仍能精確檢測(cè)熱端的溫度變化。MAX6675是通過(guò)冷端補(bǔ)償檢測(cè)和校正周圍溫度變化的。該器件可將周圍溫度通過(guò)內(nèi)部的溫度檢測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為溫度補(bǔ)償電壓，為了產(chǎn)生實(shí)際熱電偶溫度測(cè)量值，MAX6675從熱電偶的輸出和檢測(cè)二極管的輸出測(cè)量電壓。該器件內(nèi)部電路將二極管電壓和熱電偶電壓送到ADC中轉(zhuǎn)換，以計(jì)算熱電偶的熱端溫度。當(dāng)熱電偶的冷端與芯片溫度相等時(shí)，MAX6675可獲得最佳的測(cè)量精度。因此在實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用時(shí)，應(yīng)盡量避免在MAX6675附近放置發(fā)熱器件或元件，因?yàn)檫@樣會(huì)造成冷端誤差。圖32　溫度采集轉(zhuǎn)換電路原理圖 K型熱電偶K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，其外觀如圖33所示。K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。圖33 K型熱電偶　　鎳鉻偶（K）型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和?！！　≌龢O（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=92：12，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni：Si=99：3，其使用溫度為200~1300℃?！　型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。　　K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛.　　K型熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。必須配和二次儀表使用其優(yōu)點(diǎn)是：　?、贉y(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響?！　、跍y(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢錸）?！　、蹣?gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。熱電偶作為一種主要的測(cè)溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、使用方便、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高等特點(diǎn)[14]。但是，熱電偶的應(yīng)用卻存在著非線性、冷端補(bǔ)償、數(shù)字化輸出等幾方面的問題。設(shè)計(jì)中采用的MAX6675是一個(gè)集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器。K型熱電偶的兩端分別跟MAX6675芯片的T跟T+相連，為了允許熱電偶斷路檢測(cè)，T引腳必須接地。MAX6675的測(cè)量精度對(duì)電源耦合噪聲較敏感。為降低電源噪聲影響。溫度由熱電偶采集，然后將數(shù)據(jù)直接送給冷端補(bǔ)償芯片MAX6675芯片進(jìn)行處理，處理后送給單片機(jī)控制電路，完成簡(jiǎn)單的溫度采集過(guò)程?！　AX6675是美國(guó)Maxin公司生產(chǎn)的基于SPI總線的專用芯片[9]，不僅能對(duì)K型熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，還能對(duì)熱電勢(shì)信號(hào)作數(shù)字處理，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、儀器儀表、自動(dòng)化領(lǐng)域等。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖34所示。圖34 MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖　　MAX6675的主要特性如下：　?、俸?jiǎn)單的SPI串行口溫度值輸出?！　、?℃~+l024℃的測(cè)溫范圍?！　、邸娴姆直媛?。　?、芷瑑?nèi)冷端補(bǔ)償。　?、莞咦杩共顒?dòng)輸入?！　、逕犭娕紨嗑€檢測(cè)。　?、邌我?5V的電源電壓.　?、嗟凸奶匦浴！　、峁ぷ鳒囟确秶?0℃～+85℃?！　、?000V的ESD保護(hù)。該器件采用8引腳50貼片封裝。其外觀引腳如圖35所示，引腳功能如表36所示。圖35 max6675外觀及引腳排列表36max6675引腳功能引腳名稱功能1GND接地端2TK型熱電偶負(fù)極3T+K型熱電偶正極4VCC正電源端5SCK串行時(shí)鐘輸入6CS片選端，CS為低、啟動(dòng)串行接口7SO串行數(shù)據(jù)輸出8.空引腳MAX6675內(nèi)部具有將熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為與ADC輸入通道兼容電壓的信號(hào)調(diào)節(jié)放大器，T+和T輸入端連接到低噪聲放大器A1，以保證檢測(cè)輸入的高精度，同時(shí)使熱電偶連接導(dǎo)線與干擾源隔離。熱電偶輸出的熱電勢(shì)經(jīng)低噪聲放大器A1放大，再經(jīng)過(guò)A2電壓跟隨器緩沖后，被送至ADC的輸入端。在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相等價(jià)的溫度值之前，它需要對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0℃實(shí)際參考值之間的差值。對(duì)于K型熱電偶，電壓變化率為41μV/℃，電壓可由線性公式Vout=(41μV/℃)(tRtAMB)來(lái)近似熱電偶的特性。上式中，Vout為熱電偶輸出電壓（mV），tR是測(cè)量點(diǎn)溫度；tAMB是周圍溫度。 顯示電路模塊LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件，是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)或一個(gè)筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，這就能顯示出不同字符。點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是顯示器在顯示某個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。這種顯示方式每個(gè)顯示器都需要一個(gè)8位輸出口控制，需要硬件多，適用于顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)采用動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)于每位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的點(diǎn)亮和點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，還與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間有關(guān)，調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。本設(shè)計(jì)使用的是一個(gè)四位共陽(yáng)數(shù)碼管，當(dāng)89C51單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。本文溫度顯示電路設(shè)計(jì)是由一個(gè)4位共陽(yáng)數(shù)碼管通過(guò)三態(tài)雙向總線收發(fā)器芯片74LS245跟單片機(jī)相連接，其電路如圖37所示。其中74LS245的片選跟三態(tài)控制引腳接地，數(shù)據(jù)由單片機(jī)向數(shù)碼管傳輸。數(shù)碼管的位的選擇通過(guò)8550三級(jí)管進(jìn)行控制，三級(jí)管基極通過(guò)限流電阻跟單片機(jī)的I/O口相連接，當(dāng)端口為高電平時(shí)，三極管截止，當(dāng)給端口為低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，數(shù)碼管相應(yīng)的位被選中。這樣可方便地對(duì)數(shù)碼管每一位進(jìn)行單獨(dú)控制。R3R10為限流電阻。三極管飽和開通時(shí)，集電極－，數(shù)碼管的壓降取2V，數(shù)碼管的工作電流取5mA～15mA。則限流電阻可這樣計(jì)算獲得： （39）把數(shù)據(jù)帶入式子（39）得可取值170～500現(xiàn)取。為保證三極管可靠開通關(guān)斷，且要求數(shù)碼管的亮度適量較高，基極電阻 R11R14 可適量取小值，本設(shè)計(jì)取基極電阻為470。圖37　數(shù)碼管顯示電路 報(bào)警電路模塊蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。超量程報(bào)警電路如圖38所示。蜂鳴器的正極接到VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極e，，三極管Q6截止，沒有電流流過(guò)線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此。三級(jí)管基極電流ib為1mA5mA時(shí)就足夠進(jìn)入開關(guān)狀態(tài)了，三極管導(dǎo)通時(shí)蜂鳴器跟三極管分壓很小，電阻R17兩端分壓約為5V，三級(jí)管放大倍數(shù)為100左右，流過(guò)三級(jí)管CE的電流ic約為500mA左右這足夠三極管飽和導(dǎo)通的條件，所以R17的阻值選用1K比較合理。圖38　報(bào)警電路原理圖4　軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包含主程序、溫度采集轉(zhuǎn)換子程序、超量程報(bào)警子程序、顯示子程序等功能模塊。其程序總流程圖如41所示。主程序主要完成子程序的調(diào)用，并對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的算法處理；溫度采集轉(zhuǎn)換子程序負(fù)責(zé)將MAX6675 轉(zhuǎn)換來(lái)的溫度數(shù)字量讀入單片機(jī)并完成溫度值的處理得到12位數(shù)字溫度值；超量成報(bào)警子程序主要判斷溫度值是否超出測(cè)量范圍；顯示子程序主要將計(jì)算后的溫度值進(jìn)行顯示?！≈鞒绦蛟O(shè)計(jì)主程序主要完成子程序的調(diào)用，并對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的算法處理。主程序首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理，然后調(diào)用一次溫度采集轉(zhuǎn)換程序，之后根據(jù)計(jì)算原理得到測(cè)量溫度值，最后對(duì)溫度值進(jìn)行量程判斷、數(shù)據(jù)顯示處理。開始系統(tǒng)初始化調(diào)用采集轉(zhuǎn)換子程序計(jì)算溫