【正文】 采用8引腳SO貼片封裝。 MAX6675引腳圖引腳名稱(chēng) ：GND：接地端；T：K型熱電偶負(fù)極；T+：K型熱電偶正極；VCC：正電源端；SCK：串行時(shí)鐘輸入；CS：片選端，CS為低時(shí)、啟動(dòng)串行接口；SO：串行數(shù)據(jù)輸出；NC：空引腳； 。主要由熱電偶模擬信號(hào)放大電路、冷端溫度補(bǔ)償電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及數(shù)字控制電路等組成。根據(jù)熱電偶的原理,其產(chǎn)生的熱電勢(shì)滿(mǎn)足下列關(guān)系:EAB(t，0) = EAB(t，t0) + EAB(t0，0)式中：t為熱端溫度；t0為冷端溫度；0代表0℃。A/D轉(zhuǎn)換電路將熱電偶信號(hào)EAB (t，t0)與溫度補(bǔ)償電路的補(bǔ)償信號(hào)EAB(t0 ，0)相加后得到EAB(t，0)，再進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，以12位串行方式從引腳SO上輸出。當(dāng)12位全為0時(shí),說(shuō)明被測(cè)溫度為0℃：12位全為1，℃。由于MAX6675內(nèi)部經(jīng)過(guò)了激光修正，因此轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與被測(cè)溫度值之間具有較好的線(xiàn)性關(guān)系，可由下式給出：溫度值=1023175轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量/4095該器件是一復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有信號(hào)調(diào)節(jié)放大器、12位的模擬/數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器、冷端補(bǔ)償傳感和校正、數(shù)字控制器、1個(gè)SPI兼容接口和1個(gè)相關(guān)的邏輯控制。 MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖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(xiàn)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?chē)鷾囟扰c0℃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(xiàn)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?chē)鷾囟取?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?chē)鷾囟?，溫度?0℃～+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。 SO端輸出數(shù)據(jù)的格式： MAX6675 SO端輸出數(shù)據(jù)的格式MAX6675是通過(guò)冷端補(bǔ)償檢測(cè)和校正周?chē)鷾囟茸兓?。該器件可將周?chē)鷾囟韧ㄟ^(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。在測(cè)溫應(yīng)用中，芯片自熱將降MAX6675溫度測(cè)量精度，誤差大小依賴(lài)于MAX6675封裝的熱傳導(dǎo)性、安裝技術(shù)和通風(fēng)效果。為降低芯片自熱引起的測(cè)量誤差，可在布線(xiàn)時(shí)使用大面積接地技術(shù)提高M(jìn)AX6675溫度測(cè)量精度。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。熱電偶系統(tǒng)的測(cè)量精度可通過(guò)以下預(yù)防措施來(lái)提高：①盡量采用不能從測(cè)量區(qū)域散熱的大截面導(dǎo)線(xiàn)；②如必須用小截面導(dǎo)線(xiàn)，則只能應(yīng)用在測(cè)量區(qū)域，并且在無(wú)溫度變化率區(qū)域用擴(kuò)展導(dǎo)線(xiàn)；③避免受能拉緊導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械擠壓和振動(dòng)；④當(dāng)熱電偶距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)采用雙絞線(xiàn)作熱電偶連線(xiàn)；⑤在溫度額定值范圍內(nèi)使用熱電偶導(dǎo)線(xiàn)；⑥避免急劇溫度變化；⑦在嚴(yán)劣環(huán)境中，使用合適的保護(hù)套以保證熱電偶導(dǎo)線(xiàn)；⑧僅在低溫和小變化率區(qū)域使用擴(kuò)展導(dǎo)線(xiàn)；⑨保持熱電偶電阻的事件記錄和連續(xù)記錄。MAX6675采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行外設(shè)總線(xiàn)與MCU接口，且MAX6675只能作為從設(shè)備。MAX6675 。MAX6675從SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：MCU使CS變低并提供時(shí)鐘信號(hào)給SCK，由SO讀取測(cè)量結(jié)果。CS變低將停止任何轉(zhuǎn)換過(guò)程；CS變高將啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換過(guò)程。一個(gè)完整串行接口讀操作需16個(gè)時(shí)鐘周期，在時(shí)鐘的下降沿讀16個(gè)輸出位，第1位和第15位是一偽標(biāo)志位，并總為0；第14位到第3位為以MSB到LSB順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；第2位平時(shí)為低，當(dāng)熱電偶輸入開(kāi)放時(shí)為高，開(kāi)放熱電偶檢測(cè)電路完全由MAX6675實(shí)現(xiàn)，為開(kāi)放熱電偶檢測(cè)器操作，T必須接地，并使能地點(diǎn)盡可能接近GND腳；第1位為低以提供MAX6675器件身份碼，第0位為三態(tài)。2．芯片介紹本次設(shè)計(jì)采用ATMEL 公司的ATF1508AS 系列，它是基于第二代MAX7000S結(jié)構(gòu)體系的高性能E2PROM 結(jié)構(gòu)的芯片。 邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)，具有5V ISP 的功能；具有最小5nS 的引腳到引腳的邏輯時(shí)延， 的計(jì)數(shù)頻率；引腳可配置為開(kāi)漏輸出；每個(gè)宏單元都有獨(dú)立的可編程電源控制，最多可以節(jié)省50% 的功耗；宏單元內(nèi)的寄存器具有單獨(dú)的時(shí)鐘和復(fù)位等信號(hào)以及支持多種電壓接口。3．硬件原理圖 見(jiàn)附錄B 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1．MAX6675控制模塊在QuartusⅡ。，對(duì)外部集成芯片MAX6675的控制由以下模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。SCK表示串行時(shí)鐘輸入；當(dāng)CS為低電平時(shí)，啟動(dòng)串行輸入接口；SO為串行數(shù)據(jù)輸出。 MAX6675控制模塊VHDL程序：LIBRARY IEEE。USE 。ENTITY AD_MAX6675 ISPORT( SCK:IN STD_LOGIC。 CS:IN STD_LOGIC。 SO:OUT STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0))。end。architecture one of AD_MAX6675 isSIGNAL Q1: STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0)。Q1內(nèi)部計(jì)數(shù)器beginprocess(sck,cs)beginIF sck39。EVENT AND sck=39。139。 THEN IF cs=39。039。 and cs39。last_value=39。139。 THEN so=Q1。 END IF。END IF。END process。END one。2．串并轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)集成模塊MAX6675輸出數(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)，需制作內(nèi)部串并轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)輸出。在QuartusⅡ。： 串并轉(zhuǎn)換模塊（1）該設(shè)計(jì)讀取如下的輸入符號(hào)：SERIAL_IN：串行輸入數(shù)據(jù)；RESET：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)它為高電平時(shí)，則轉(zhuǎn)換復(fù)位。所有輸出置零，并且準(zhǔn)備讀取下一個(gè)串行數(shù)據(jù)；CLOCK：時(shí)鐘信號(hào)。在CLOCK的正邊沿，讀入輸入信號(hào)值SERIAL_IN，轉(zhuǎn)換輸出也只在CLOCK的正邊沿有效；（2）該設(shè)計(jì)產(chǎn)生如下的輸出：PARALLEL_OUT：串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的12位輸出值；READ_ENABLE：輸出位。在CLOCK的正邊沿時(shí)，該信號(hào)為‘1’，表示PARALLEL_OUT將被讀??；PARITY_ERROR：輸出位。在CLOCK的正邊沿時(shí)，該信號(hào)為‘1’，表示檢測(cè)到串行輸出端口有一個(gè)奇偶錯(cuò)誤。這時(shí)轉(zhuǎn)換暫停工作，直到RESET端口重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換操作。（3）信號(hào)的輸入格式當(dāng)沒(méi)有任意數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱卸丝跁r(shí)，將串口的數(shù)據(jù)保持為‘0’。每12位值要求14個(gè)時(shí)鐘來(lái)讀取它，即在第15個(gè)時(shí)鐘周期，可以讀取并行輸出值。在第一周期，一個(gè)‘1’被送到串行輸入，該賦值表示后面將傳輸一個(gè)12位的值。接著12個(gè)時(shí)鐘周期中，每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一位值，最高位首先被傳輸。第14個(gè)時(shí)鐘周期傳送12位值的奇偶位，如果12位數(shù)據(jù)有偶數(shù)個(gè)‘1’，則它為‘0’；否則為‘1’。如果檢測(cè)到有奇偶錯(cuò)誤，則它會(huì)設(shè)置PARITY_ERROR輸出為‘1’，并等待直到值被復(fù)位。在第15個(gè)周期，READ_ENABLE輸出被置‘1’，并且12位并行輸出值可以從PARALLEL_OUT輸出端口讀取，如果在第15個(gè)時(shí)鐘周期，SERIAL_IN端口的值為‘1’，則另一個(gè)12位值立刻被讀取；否則等待直到SERIAL_IN信號(hào)變?yōu)椤?’。3．總體模塊原理圖見(jiàn)附錄D第六章 總結(jié)溫度巡檢儀顧名思義是對(duì)工業(yè)等現(xiàn)場(chǎng)被控溫度進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，將檢測(cè)后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反應(yīng)在監(jiān)控人員面前，以便更好對(duì)溫度變化進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而滿(mǎn)足工業(yè)等場(chǎng)合的生產(chǎn)要求。本設(shè)計(jì)為基于FPGA的熱電偶溫度巡檢儀，是在EDA技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)功能特性，很好的將熱點(diǎn)偶與現(xiàn)有最新電子技術(shù)相結(jié)合并運(yùn)用到現(xiàn)代化工業(yè)等場(chǎng)合，完成對(duì)溫度這一重要對(duì)象的控制。經(jīng)過(guò)與老師多次的探討與比較，最終采用兩種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)此次設(shè)計(jì)：第一種方案主要包括：溫度信號(hào)檢測(cè)放大、A/D轉(zhuǎn)換、Max7000芯片及顯示等部分；第二種方案則主要運(yùn)用了集成信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換、線(xiàn)性化等功能的MAX6675芯片與FLEX10K芯片。兩種方案的不同之處就是對(duì)芯片的選擇，前者運(yùn)用的前期處理電路和A/D轉(zhuǎn)換芯片都比較常見(jiàn)，而后者則用到了比較先進(jìn)、集成度較高的MAX6675芯片，它將前期需對(duì)溫度信號(hào)處理的工作全部集成在一個(gè)芯片中，這樣將大大的節(jié)省了開(kāi)發(fā)所需空間，減少了資源消耗。所以，在以后的工業(yè)等場(chǎng)合本人更傾向于第二種方案的運(yùn)用。 參考文獻(xiàn)1. 薛倫生,陳西宏,[J].空軍工程大學(xué),2005(1):3839.2. Edwards JR, Cooper CL. Research in stress, coping and health Theoretical and methodological issues [J].Psychological Medicine,.3. 潘松,（第三版）[M].北京:4. 肖志飛,張鐵肩,[J].電子工程師, 2005,31(12):5759.5． 李鵬,[J].武漢理工大學(xué),2006:6465.6. 殷永貴,[J].山東科技大學(xué),2004(2):2829.7. 李業(yè)德,[J].山東工程學(xué)院報(bào),2001,15(4):1518.8. Guanping Feng, Yonggui Dong. State of Sensing Technology Development in China[J].Tsinghua University,Beijing,China,2001:8489.9. [J].光學(xué)精密工程學(xué)報(bào),1995,6(12):113114.10. [M].北京:11. 宋家友，[M].福建:12. 潘松,[M].成都:13. [M].成都:14. 曾繁泰,侯亞寧,[M].北京:15. 徐志軍,[M].北京:16．江思敏．VHDL數(shù)字電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京:17. 附錄A附錄B附錄C附錄D致謝為期幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)落下帷幕，在此期間，所遇到的問(wèn)題與困難在通過(guò)與老師及同學(xué)的學(xué)習(xí)探討后，都迎刃而解。所以，在此要感謝那些為我付出心血的老師和與我并肩迎接挑戰(zhàn)的同學(xué)們，謝謝你們！當(dāng)然，在這里我要特別感謝我的指導(dǎo)老師，李文濤教授，從我一開(kāi)始拿到這個(gè)題目，不知道什么是FPGA，不知道怎么下手時(shí)，是李文濤教授不厭其煩的為我講解，幫我答疑，最終在她的大力支持下才有了今天的成果，讓我在以后的人生道路中又多了些發(fā)展方向。如今依然記得當(dāng)時(shí)李文濤教授說(shuō)的那句讓我后來(lái)喜歡上設(shè)計(jì)的話(huà)語(yǔ)：做設(shè)計(jì)是讓你們學(xué)點(diǎn)東西，為你們以后找工作多條路。真的很感謝您！感謝您這句話(huà)！最后，向在此次設(shè)計(jì)中為我提供大力支持的老師和同學(xué)們表示忠心的感謝，謝謝你們！