【正文】 因?yàn)槁防蠋煵⒉皇窍駝e的老師一樣每次指導(dǎo)都只挑自己上課時(shí)間前后幾分鐘講解一下，路。真的非常感謝室友們的諒解和同伴的幫助。在最后，我要對(duì)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(duì)我來說有著非常重要的作用，也正因?yàn)橛辛四膸椭?，我才能順利完成本次論文的設(shè)計(jì)?？偟膩碚f，這次的設(shè)計(jì)離不開老師的精心指導(dǎo)，認(rèn)真負(fù)責(zé)的講解。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。這才發(fā)現(xiàn)原來自己已經(jīng)把以前學(xué)過的知識(shí)忘得差不多了，對(duì)自己很是無語。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(gè)設(shè)計(jì)思路，最后在設(shè)計(jì)時(shí)就用了中斷掃描。 最后就來說說流程圖部分，老師在看過初稿后也給出了比較有用的建議。這時(shí)，路老師提出了一個(gè)問題，把我問的瞬間說不出話來，路老師說，本次設(shè)計(jì)要求的是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)記錄的，你這樣的設(shè)計(jì)是無法體現(xiàn)出這一點(diǎn)的，可以考慮用別的方法來實(shí)現(xiàn)。最后，在老師的建議下，我開始查看有關(guān)液晶顯示的模塊問題，然后經(jīng)過和同伴們的探討，決定使用6021LCD作為顯示模塊的電路。在與老師的交流中才發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示模塊根本就忘了設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，整個(gè)系統(tǒng)完全就沒法顯示。 首先是溫度采集部分，本來我的打算是用模擬電路設(shè)計(jì)的，但是在設(shè)計(jì)過程中才發(fā)現(xiàn)熱電偶是需要冷端補(bǔ)償?shù)?，而跟?jù)路立平老師提供的資料和我在網(wǎng)上查到的相關(guān)的東西來看，我發(fā)現(xiàn)溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)實(shí)在是太過復(fù)雜了，而且設(shè)計(jì)后還不能夠有效的保證可以實(shí)現(xiàn)這一功能，后來，在書上找到了芯片 MAX6675，我感覺我的所有煩 惱全被它解決了，我的整個(gè)狀態(tài)都很好，甚至開始有些沾沾自喜。 主程序流程圖 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 中斷子程序流程圖 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 按鍵子程序流程圖 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 5 Proteus 仿真 仿真原理圖： 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 結(jié)束語 對(duì)我來言，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是有著非常非常重要的意義的，為了設(shè)計(jì)，我?guī)缀蹩梢哉f是把以前已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)從頭到尾都又看了一遍。與此同時(shí)，芯 DS1302用來顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)溫度的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)時(shí)間，接下來，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)會(huì)利用分時(shí)復(fù)用的方法基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 把時(shí)間 LCD1602 顯示屏上顯示出來。本次設(shè)計(jì)因?yàn)榧纫鰜頃r(shí)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(shí)復(fù)用的設(shè)計(jì)思想，巧妙地達(dá)到想要的效果。 圖 366 顯示電路 圖中可以很清晰的看到此 次設(shè)計(jì)的電路具體連接方式。在這里主要介紹的是本次設(shè)計(jì)用到的液晶屏顯示。然而，只要有一個(gè)鍵按下啦， 8 輸入與非門芯片 74LS30的一個(gè)輸入端就會(huì)變成低電平，這時(shí)，芯片輸出的就是高電平，然后經(jīng)過芯片 74LS04的一個(gè)非門后，輸出為 0，就會(huì)向外部中斷 0 發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)該請(qǐng)求，然后掃描并識(shí)別出被按下的鍵盤，繼而跳轉(zhuǎn)到與該按鍵相對(duì)應(yīng)的鍵盤子程序地址，執(zhí)行相應(yīng)程序。 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(jì)用到的中斷掃描方式。 （ 2）依次對(duì)各行線電平進(jìn)行檢查，然后觀察電平是否由 1 變?yōu)?0，若是某一行線電平由 1 變?yōu)?0，這時(shí)我們就可以確定被按下的鍵就在這一行和這一列相互連接的地方。假設(shè)此時(shí)是鍵 3 被按下，當(dāng)把第一列置為低，其余列均為高，此時(shí)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(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)的行線變?yōu)榈?，由此就?以知道是鍵 3 按下。 。所有列線先被置為 0，讀行線狀態(tài)是否都為高電平（ 1）。 在這里主要介紹本次設(shè)計(jì)用到的掃描法識(shí)別鍵盤的過程。 鍵盤最最常用的兩種 工作原理其中之一就是掃描法。 這十六個(gè)鍵分別代表數(shù)字零到九，有兩個(gè)鍵用來做停止和恢復(fù)數(shù)據(jù)采樣，還有三個(gè)鍵用來調(diào)節(jié)時(shí)間，最后一個(gè)鍵用來做調(diào)用溫度。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。 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 圖 365 鍵盤電路 圖中可以很清晰的看到此次設(shè)計(jì)的并不僅僅只有鍵盤，還包括 2 個(gè)常見的芯片74LS04 和 74LS30。 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）。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要的按鍵是 16 個(gè)，獨(dú)立式鍵盤被否定的主要原因 I/O 口占線問題，取而代之的是矩陣式鍵盤。 接在 DS1302 的 X1 和 X2 引腳之間的晶振是 的晶振， DS1302 的第五引腳接在單片機(jī)的 引腳上、第六引腳接在單片機(jī)的 引腳上、第七引腳接在單片機(jī)的 引腳上， VCC2 接上直流 +5V 的電源電壓， VCC1 接兩節(jié)干電池。該芯片可以計(jì)算閏年，實(shí)現(xiàn)年份準(zhǔn)確顯示。 圖 364 時(shí)間顯示連接電路 圖中可以看出，時(shí)間的顯示靠的是非常經(jīng)典的一種芯片 DS1302 來完成的。 實(shí)時(shí)電路設(shè)計(jì) 本次時(shí)間的出現(xiàn)用的是使用最廣泛的也是非常非常經(jīng)典一種電路連接方式。 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 363 單片機(jī)時(shí)鐘與復(fù)位電路 圖中可以看出，本設(shè)計(jì)是由振 蕩頻率為 的晶振 【 9】 和 2 個(gè)一模一樣的容值為 30PF 的陶瓷電容相互配合共同完成了時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。 其中時(shí)鐘電路用的是單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘連接方式，復(fù)位電路用的是按鍵復(fù)位電路 【 9】 。而電源和地之間接了一個(gè)值為 的陶瓷電容，這樣就可以減小電源噪聲對(duì)芯片測(cè)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響 【 4】 。接下來我就講一下芯片與單片機(jī)的連接，從圖上也可以看到它與單片機(jī)之間只有三根線連在一起，這樣就可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的測(cè)量，接在單片機(jī) 端口的第 7 引腳 SO 是串行數(shù)據(jù)輸出引腳，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。具體連接方式由圖 362 展現(xiàn)出來。本設(shè)計(jì)并非如此，關(guān)于電源電路部分我是用的 USB 接口基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 來提供 DC5V 電源，設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，省卻了許多繁雜的步驟，而且，價(jià)格也不貴，是很好用的一種設(shè)計(jì)方案。 電源電路設(shè)計(jì) 圖 361 電源電路設(shè)計(jì) 對(duì)電源電路這一部分的設(shè)計(jì)在當(dāng)代的社會(huì)生活中已經(jīng)有了很多樣式。 （ 3）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不是僅僅進(jìn)行溫度的顯示，而是具有了在溫度顯示出來的同時(shí)顯示出該溫度測(cè)量出的時(shí)間的特點(diǎn)，當(dāng)前時(shí)間之所以能顯示出來，靠的是 DS1302 芯片控制 （ 4）除了上面所說的外，本設(shè)計(jì)還可以通過鍵盤修改時(shí)間，使測(cè)量溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)起來，以達(dá)到本 設(shè)計(jì)的最初和最終目的。 （ 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。 （ 1）熱電偶使用分度值為 K 型號(hào)的。 圖 351 芯片的實(shí)物圖 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 352 引腳功能圖 表 351 基本操作表 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)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。 芯片 1302DS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。芯片6675MAX內(nèi)部修正后，可以把溫度和數(shù)字量對(duì)應(yīng)起來，用公式可以表達(dá)成： 4095/ MT ?? （ 332） 式子中用 T 來代表測(cè)量的溫度值； 用 M 來代表十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后所表示的數(shù)字值。十六個(gè)時(shí)鐘周期可以構(gòu)成一組串行數(shù)據(jù)，讀取十六位輸出數(shù)據(jù)是在時(shí)鐘信號(hào) sck 最后的一個(gè)下降沿。 串行輸出的具體經(jīng)過是控制器先發(fā)出信號(hào)使芯片6675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(hào)，測(cè)量出來的溫度電壓數(shù)據(jù)由端口 SO 讀取出來 【 4】 。 圖 333 芯片6675MAX輸出格式 從圖中可以看出，芯片6675MAX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(hào) 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(cè)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(cè)操作 【 4】 。 芯片 6675MAX溫度測(cè)量 芯片是用串行口輸出測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)的。 經(jīng)過上面的講述，我們可以得出：為了可以盡量避免測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的差錯(cuò)，一定要對(duì)芯片周圍做好檢查，不可以在其周圍出現(xiàn)一些會(huì)發(fā)熱的元器件。芯片6675在對(duì)測(cè)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(cè)二極管轉(zhuǎn)化成需要的補(bǔ)償電壓，加到已經(jīng)測(cè)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)基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 換器進(jìn)行數(shù)字化處理 【 4】 ，從而可以得到熱端的溫度對(duì)應(yīng)的電壓值。 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】 。在將數(shù)據(jù)傳出去之前，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償處理。如圖所展現(xiàn)出來的就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 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)基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 字于一身的 超實(shí)用芯片。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)。C 的高溫環(huán)境溫度范圍內(nèi)。 ～ 是 K 型熱電偶絲常用直徑 【 10】 。測(cè)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。 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。 根據(jù)使用的環(huán)境來選擇 （ 1）當(dāng)所需要測(cè)量的溫度是處于強(qiáng)氧化性和弱還原型的氣體氛圍內(nèi)可以考慮使用 S型、 B 型、 K 型這三種類型的熱電偶； （ 2）當(dāng)所需要測(cè)量的溫度是處于氧化性相對(duì)來說比較微弱，然而還原性相對(duì)來說比較的氣體氛圍內(nèi)可以考慮使用 J 型和 T 型這兩種類型的熱電偶； （ 3）當(dāng) 所需要測(cè)量的溫度對(duì)于所處于的氣體氛圍之間有著非常非常好的保護(hù)作用，基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 那樣的話對(duì)于可以考慮使用的熱電偶的類型，通常來講，就不會(huì)做太過嚴(yán)格的要求； 根據(jù)可持續(xù)使用的時(shí)間來選擇 （ 1）就關(guān)于熱電偶的使用來說，它的可持續(xù)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間是不能同時(shí)得到保證的，可持續(xù)使用的時(shí)間越是長的話，它的響應(yīng)就需要比較長的時(shí)間； （ 2）有一種熱電偶，它的熱容量是比較大的，那么它所需要的響應(yīng)的時(shí)間就會(huì)比較長，當(dāng)我們所需要測(cè)量的溫度變化比較大時(shí)，這種熱電偶對(duì)溫度進(jìn)行控制就會(huì)非常差。C 以下的話，一般來講熱電偶都是普遍選用的型號(hào)為 E 的熱電偶； （ 4）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在 250176。C 之間，而且對(duì)于測(cè)量溫度時(shí)的精度要求相對(duì)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(hào)為 S 型的熱電偶或者選用的熱電偶是型號(hào)為 N 型的都是可以的； （ 4）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在 1000176。C 之后，而且所需要測(cè)量的溫度對(duì)于所處于的氣體氛圍又可以接受，對(duì)于測(cè)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(cè)量的溫度所在范圍是在 1000176。C 到 1800176。 熱電偶選型 一般來說，對(duì)于一些特殊的熱電偶的選擇這個(gè)問題，可以從以下幾個(gè)方面來考慮。該補(bǔ)償電勢(shì)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】 。因此要想得到真正想要的熱電勢(shì)就要解決有關(guān)補(bǔ)償?shù)膯栴}。 用熱電偶測(cè)量時(shí)，要保持冷 端的溫度恒定不變，這樣的話，熱電偶熱電勢(shì)的大小就與測(cè)量的溫度之間就能呈現(xiàn)出一定的函數(shù)關(guān)系。一九八八年一月一日我國所有熱電偶和熱電阻都按國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)。 從字面上來講，我們所說的標(biāo)準(zhǔn)就是符合國家對(duì)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(cè)試或檢測(cè)使用時(shí)選擇。熱電偶溫度傳感器的制作和使用是基于 這一原理 【 1】 。如果已經(jīng)確定了熱電偶的材料成份，那么熱電勢(shì)的大小就只與熱電偶兩端的溫度差相關(guān)聯(lián)了。 當(dāng)他將另一種金屬材料接入熱電偶回路中時(shí)，但一定保持接入的第三種金屬材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度是一模一樣的，那么熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)就會(huì)恒定不變，即第三種金屬接入回路不會(huì)對(duì)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)有所影響。 兩接觸點(diǎn)的電勢(shì)公式可以寫成： BtAtAB NNeKtte ln)( ? （ 321）