【正文】 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。 （ 3）如果非得選用一種響應(yīng)時間又快，可持續(xù)使用的時 間也有一定的延長的話，一般來講熱電偶都是普遍選用鎧裝方式的熱電偶。 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】 。 現(xiàn)在使用頻率最大的廉金屬熱電偶是對應(yīng)型號為 K 型的，它的使用之多幾乎可以表達(dá)為其他熱電偶的使用量的疊加。 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。 當(dāng)我們操作 K 型熱電偶時，會發(fā)現(xiàn)它不但有著很好的線性關(guān)系 【 11】 、測量出來的電動勢也并不微弱、平均每單元需要被測物質(zhì)一旦變化就會在很大程度上影響響應(yīng)量等特點，而且使用起來一般不會發(fā)生不穩(wěn)的情況。 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。 MAX6675 因其高可靠性和穩(wěn)定性，在很多不同場合不同領(lǐng)域內(nèi)都得到了廣泛的使用。 圖 331 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 芯片 6675MAX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)帶有冷端補償?shù)墓δ? （ 6）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6675MAX引腳圖通過圖 332 表示出來，引腳功能表通過表 331 展示出來 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 16 圖 332 芯片6675MAX引腳 表 331 芯片 引腳功能 引腳 名稱 功能 1 GND 接地端口 2 T K 型熱電偶負(fù)極接口 3 T+ K 型熱電偶正極接口 4 VCC +5V 電源輸入端口 5 SCK 串行時鐘輸入端口 6 CS 片選端口，低電平時有效，啟動串行接口 7 SO 串行數(shù)據(jù)輸出端口 8 . 懸空不接 芯片 6675MAX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。就 K 型熱電偶而言，電壓的變化率是每攝氏度四十一微伏特，電壓輸出公式可用下面的式子來近似表示： ? ? ? ?AMBRout ttCuVV ???? /41 (331) 式子中： Rt表示測量點的溫度， AMBt表示周圍的環(huán)境溫度。 芯片 6675MAX溫度補償 當(dāng)熱電偶冷端溫度發(fā)生變化時，芯片6675MAX還是可以對溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。如果熱電偶冷端所處的環(huán)境溫度與6675MAX的溫度一樣的時 候，它的測量準(zhǔn)確度就會達(dá)到很好的狀態(tài)。 除此之外，芯片6675MAX對電源造成的耦合噪聲非常靈敏，所以在芯片6675MAX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】 。如圖 333 就是芯片串行口測量的溫度輸出格式。第一位是芯片6675MAX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】 。然后芯片6675MAX的片選端再變成高電平，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程就不再發(fā)生轉(zhuǎn)換，結(jié)束轉(zhuǎn)換。芯片串行口時序圖如下： 圖 334 芯片6675MAX時序 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 18 如圖所展示的就是芯片6675MAX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。 除此之外，當(dāng)我們使用芯片6675MAX的時候，還需要注意的事情就是，熱電偶負(fù)極接入端口必須接地，而且接地端口還要盡一切可能的靠近芯片的接地引腳 【 4】 。 圖 341 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 芯片 1302DS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 引腳功能表 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 19 表 342 相關(guān)寄存器和控制字 芯片 1602LCD簡介 如圖 351 中所展現(xiàn)出來的即為該芯片的實物圖，圖 352 中所展現(xiàn)出來的是各引腳功能圖。本設(shè)計還可以對時間進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到實時顯示時間的目的）。 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】 。本系統(tǒng)是利用 AT89S51 單片機來控制帶有冷端補償?shù)?MAX6675 溫度轉(zhuǎn)換芯片。所測溫度最后可以通過 LCD 表達(dá)出來。其中，課程設(shè)計中使用最多的就是利用整流電橋加穩(wěn)壓芯片，再經(jīng)過電容濾波一下，即可得到可供單片機正常工作的 DC5V 電源。 熱電偶與 MAX6675 電路設(shè)計 本設(shè)計避開了復(fù)雜的利用 模擬電路的設(shè)計思想來實現(xiàn)溫度采集、補償和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)而使用集成芯片 MAX6675 實現(xiàn)測量溫度所需要的功能。 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已經(jīng)說過了，這里就省略不寫了。三條傳輸線上 全都增加一個電容值為 1nF 的陶瓷電容，這樣做的目的就是為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時還可以防止周圍的電磁對其產(chǎn)生一定的干擾 【 4】 。 時鐘與復(fù)位電路設(shè)計 本次關(guān)于單片機的時鐘與復(fù)位電路設(shè)計，用的是使用最廣泛的經(jīng)典電路。具體連接方式由圖 363 展現(xiàn)出來。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、和一個值為 2K 歐姆的電阻以及一個最為重要的、不可缺少的按鍵來共同構(gòu)成，實現(xiàn)復(fù)位操作的。具體的連接方式如圖 364。它是一種多重優(yōu)勢于一身的集成芯片，使用廣泛、性能高、功耗低、自帶存儲器、工作電壓范基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 23 圍廣、掉電保護(hù) 它可以準(zhǔn)確及時的計算出當(dāng)前的時間，并且通過編程可以實現(xiàn)對年、月、日、星期、時、分、秒的調(diào)整， 已完全達(dá)到本次設(shè)計所要的目的 。 除此之外，該芯片還可以（在突發(fā)方式下）一次傳送多個的 Random Access Memory(RAM)數(shù)據(jù)或字節(jié)的時鐘信號 【 6】 。 鍵盤電路設(shè)計 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： 。 本次設(shè)計用到的就是最為經(jīng)典的一種即矩陣式鍵盤。這種方式最突出的優(yōu)點就是占 I/O 口線少，所以被廣泛應(yīng)用于需要按鍵較多的場合。 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，其中有兩個引腳是第 14 引腳接電源和第 7 引腳接地，其余十二個構(gòu)成了 6 個非門。 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 個輸入端分別連接在控制器的 P2口和鍵盤行列線之間。當(dāng)按下最后一個鍵時，就進(jìn)入調(diào)用子程序，光標(biāo)放在時間的時的位置上，計數(shù)器開始計數(shù)，每按下一個鍵，光標(biāo)下移計數(shù)器的值就加一，當(dāng)記到有六個鍵被按下時，就找到記錄數(shù)據(jù)的地址然后和記錄的數(shù)據(jù)依次進(jìn)行比較，如果相同，就把這一部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示出來，即為所要的值。還有一種在我看來并不是很受歡迎的方法那就是線反轉(zhuǎn)法。 。如果不全基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 25 為 1，則有鍵閉合，否則無鍵按下。先讓某一列被置為低電平（ 0），其余列均為高電平（ 1）。 括而言之，我認(rèn)為掃描法所用的工作方式就是： （ 1）某一列先被置為低電平（ 0），其余列均被置為高電平（ 1）。知道是哪個鍵閉合后 , 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，實現(xiàn)設(shè)定的功能。當(dāng)沒有任何一 個鍵按下時，芯片 74LS30 輸出電平為 0，然后經(jīng)過芯片 74LS04 的一個非門后，輸出為 1，控制器這時是不會響應(yīng)該中斷請求的。 綜合上面所講的，可以總結(jié)出實現(xiàn)這種方式的 3 個步驟： （ 1）中斷時進(jìn)行掃描 （ 2）掃描法確定按鍵 （ 3）進(jìn)入按鍵對應(yīng)的地址去執(zhí)行 顯示電路設(shè)計 關(guān)于顯示電路的設(shè)計，目前出現(xiàn)的有數(shù)碼管顯示和液晶屏顯示。因為要達(dá)到實時顯示記錄溫度值的效果，然而，數(shù)碼管基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 26 的顯示方式顯然很難做到這一點，即使可以達(dá)到這樣的效果，用到的數(shù)碼管數(shù)量就非常的可觀了，即使這樣，出來的東西也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不得顯示屏的，相對于數(shù)碼管來說，使用顯示屏顯示更加的直觀，這樣做還省卻了不少繁雜的步驟，所以采用的是液晶屏作為本次設(shè)計所需要的顯示電路。 LCD 顯示屏的 8 個數(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。 4 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計 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 ，單片機把數(shù)據(jù)送給 LCD1602，這樣就可以在上面呈現(xiàn)出來測量的溫度；定時器 1S 中斷一次記錄數(shù)據(jù)。除此之外，用戶還可以通過按鍵對時間進(jìn)行調(diào)整以確保達(dá)到時間的準(zhǔn)確性，還可以通過矩陣鍵盤調(diào)用出已經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察。這次設(shè)計的題目涉及到的知識點既有硬件又有軟件；既有單片機又有傳感器。 接下來是溫度顯示部分，剛開始我因為并不是十分理解這次課題要實現(xiàn)的功能，以為只要實現(xiàn)溫度的顯示就可以了，所以我選擇的是用數(shù)碼管顯示。老師說不僅僅是數(shù)碼管驅(qū)動問題，而是數(shù)碼管只能顯示出溫度，無法實現(xiàn)實時檢測記錄溫度，可以考慮用顯示屏。 然后是鍵盤設(shè)計部分，按照我的想法，我本來是想和網(wǎng)絡(luò)上的很多設(shè)計一樣用 3 個獨立的按鍵：一個用來做停止采樣轉(zhuǎn)而去調(diào)用記錄的溫度第二個用來做倍乘鍵，分別是 （ 1）如果不按第二個鍵，而是直接按第三個鍵，當(dāng)這時候如果每按一下第三個鍵，那么顯示出來的就是在當(dāng)前時間的基礎(chǔ)上，每次都倒退 1 秒所記錄的溫度； （ 2）按一下是 X5 擋，即這時候如果沒次按一下第三個鍵，那么顯示出來的就是在當(dāng)前時間的基礎(chǔ)上，每次都倒退 5 秒所記錄的溫度； （ 3）按兩下時是 X5 擋，即這時候如 果按一下第三個鍵，那么顯示出來的就是倒退5 秒時所記錄的溫度；按一下是 X10 擋，即倒退 5 秒顯示記錄溫度； 以此類推，就可以實現(xiàn)對記錄的溫度進(jìn)行調(diào)用和查看。當(dāng)在鍵盤上按出時間時，就調(diào)出這個時間記錄的溫度，我經(jīng)過和同伴們的商議，最后決定用 4 乘 4 的矩陣式鍵盤作為本次設(shè)計的鍵盤部分。當(dāng)把鍵盤基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 32 設(shè)計好后， 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。 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設(shè)計 33 致 謝 在設(shè)計時，我也遇到許多令人不忍直視問題。比如電路圖的畫法，我用的是以前學(xué)過的 Altiun Design ,真是到要用的時候才會發(fā)現(xiàn)自己知道的是多么粗 淺，沒辦法只好把那本書拿過來從頭到尾又看了一遍，最后終于像模像樣的設(shè)計好了。 在老師的指導(dǎo)下，我最后完成了本次設(shè)計。同樣的，本次設(shè)計也和我的兩個同伴有著不可缺少的關(guān)系。 雖然設(shè)計出來的東西沒能達(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。還有最重要的，在這里我要對我的指導(dǎo)老師說一聲：“路 老師，您辛苦了！