1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 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) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子信息工程11-01 學(xué) 號(hào) 54110103 院 （系） 電子信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱(chēng)) 完成時(shí)間 2015 年 06 月 04 日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目 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) 專(zhuān)業(yè) 電子信息工程 學(xué)號(hào) 54110103 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一、 主要內(nèi)容：針對(duì)熱電偶溫度傳感器的輸出信號(hào)特點(diǎn)，結(jié)合考慮其熱惰性時(shí)間常數(shù)，實(shí)時(shí)測(cè)量記錄動(dòng)態(tài)溫度的變化過(guò)程。二、基本要求：1、 選定一款熱電偶溫度傳感器，產(chǎn)品的測(cè)溫范

2、圍就是溫度記錄范圍；2、 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量算法；3、 設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)框圖；4、 設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的硬件電路；5、 設(shè)計(jì)單片機(jī)軟件流程圖和程序；6、 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。三、主要參考資料：1、路立平等，溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)及其測(cè)試方法，儀表技術(shù)與傳感器2005年7期。 2、錢(qián)可元，高精度熱電偶溫度變送器，PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION, Vol. 24, No. 8, Aug. , 2003。 3、趙標(biāo)等，熱電偶測(cè)溫及冷端補(bǔ)償研究與實(shí)現(xiàn)，上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)2013年6期。 4、王前波等，基于單片機(jī)的熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，科技信息2007年3期

3、完 成 期 限：2015年3月2日2015年6月19日指導(dǎo)教師簽章： 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2015年 3 月 2 日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)摘 要近年來(lái)熱電偶漸漸地開(kāi)始頻繁的作為檢測(cè)溫度元器件出現(xiàn)在我們的視線中，但是，這種溫度傳感器用起來(lái)很麻煩，大都是需要有專(zhuān)門(mén)的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線，而溫度補(bǔ)償導(dǎo)線的價(jià)格又不便宜，而且使用起來(lái)也不方便，還會(huì)影響測(cè)量精度。這種把模擬量直接作為數(shù)據(jù)采集的方案在應(yīng)用過(guò)程中一定會(huì)遇到的。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)視較遠(yuǎn)處的溫度信號(hào)也是不可避免的。于是，就有了用集成芯片實(shí)現(xiàn)將模擬的電壓值經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后與單片機(jī)I/O口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這種方案不僅可以減少

4、制作和應(yīng)用的本錢(qián)，而且還會(huì)對(duì)精確度的提高有很好的效果。本系統(tǒng)，主要介紹了復(fù)位電路、晶振電路、DS1302時(shí)鐘電路、MAX6675熱電偶溫度采集和轉(zhuǎn)換電路以及LCD1602液晶顯示電路。4X4矩陣鍵盤(pán)輸入電路作為擴(kuò)展部分，可以對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)整。軟件部分設(shè)計(jì)主程序、溫度采集轉(zhuǎn)換、鍵盤(pán)電路和LCD1602電路。關(guān)鍵字 熱電偶，MAX6675，AT89S51單片機(jī)，LCD1602 Design of real time measurement and recordingsystem for dynamic temperature based onthermocouple temperature sensor

5、AbstractIn recent years, thermocouple slowly began to frequent as temperature detection components appear in our line of sight, however, the temperature sensor to use a lot of trouble, mostly need to have special temperature compensation conductor, and the temperature compensation lead price is not

6、cheap, and use up is not convenient, but also affect the accuracy of the measurement. This method will be met in the application process of the data acquisition scheme. In addition, in the practical application, the monitoring of the temperature signal is inevitable. And then there are the integrate

7、d chip to realize the analog voltage value after digital to analog conversion and MCU I / O port connected to realize data transmission. This scheme can not only reduce the cost of production and application, and also improve the accuracy of a very good effect. The system, mainly introduces the rese

8、t circuit, a crystal oscillator circuit, clock circuit DS1302 and MAX6675 thermocouple temperature collection and conversion circuit and LCD1602 display circuit. 4X4 keyboard input circuit as an extension part, can adjust the real-time. Software design of the main program, temperature acquisition co

9、nversion, keyboard and LCD1602 circuit.Key words thermocouple，max6675，at89s51 microcontroller，lcd1602目 錄摘 要IAbstractII1 緒論12 動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量記錄系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)一32.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)二42.3 系統(tǒng)方案的確定53 硬件電路設(shè)計(jì)63.1 AT89S51單片機(jī)的硬件組成63.1.1 片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)63.1.2 引腳功能73.1.3 存儲(chǔ)器83.2 熱電偶簡(jiǎn)介113.2.1 熱電效應(yīng)及微觀解釋113.2.2 熱電偶類(lèi)別及冷端補(bǔ)償123.2.3 熱電偶選型13

10、3.3 芯片MAX6675簡(jiǎn)介153.3.1 芯片MAX6675的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖153.3.2 芯片的特性153.3.3 芯片工作原理163.3.4 芯片溫度補(bǔ)償173.3.5 芯片溫度測(cè)量173.4 芯片簡(jiǎn)介183.4.1 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖183.4.2 芯片引腳圖193.5 芯片簡(jiǎn)介193.6 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)203.6.1 電源電路設(shè)計(jì)213.6.2 熱電偶與MAX6675電路設(shè)計(jì)213.6.3 時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)223.6.4 實(shí)時(shí)電路設(shè)計(jì)233.6.5 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)233.6.6 顯示電路設(shè)計(jì)264 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)274.1 主程序流程圖274.2 中斷子程序流程圖284.3 按鍵子程序

11、流程圖295 Proteus仿真30結(jié)束語(yǔ)31致 謝33參考文獻(xiàn)34附 錄351 緒論隨著時(shí)代的發(fā)展，電子產(chǎn)品智能化深入人心。而現(xiàn)今社會(huì)上所開(kāi)發(fā)出來(lái)的一些智能化和便于操作、使用的家用電子產(chǎn)品大都是以集成控制芯片為核心。這是時(shí)代和人們的共同選擇，也是電子產(chǎn)品的發(fā)展的趨勢(shì)所在。我們都知道，電子產(chǎn)品的制造往往都對(duì)溫度有很高要求。市面上出現(xiàn)的溫度傳感器種類(lèi)也并不是一模一樣的，但是都免不了要解決熱惰性問(wèn)題，所以直接以溫度傳感器測(cè)量出來(lái)的溫度都不是實(shí)時(shí)溫度。在一些對(duì)溫度要求不是非常嚴(yán)格的的時(shí)候用溫度傳感器還是行得通的。然而，在測(cè)量氣體溫度時(shí)，測(cè)量出來(lái)的溫度就會(huì)產(chǎn)生很大的偏差，主要就是響應(yīng)太慢了。工業(yè)測(cè)溫大

12、都要求精度較高的溫度傳感器。比如PT電阻、溫度傳感器是半導(dǎo)體為主的測(cè)量溫度的裝置等。NTC、PTC等溫度傳感器均屬于半導(dǎo)體溫度傳感器，它們不能用在液體測(cè)溫的情況。對(duì)微弱溫度變化的測(cè)量時(shí)，熱敏電阻是個(gè)不錯(cuò)的選擇，但是有嚴(yán)重非線性誤差；所以，在對(duì)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，常用溫度測(cè)量方法都會(huì)存在這樣那樣的問(wèn)題，主要是測(cè)量精度的問(wèn)題，從而出現(xiàn)一些我們都不喜歡的誤差。 熱電偶可以測(cè)量出的溫度邊界限制不是很大，可以用在很多場(chǎng)合來(lái)測(cè)量溫度；而且精確度又是相對(duì)來(lái)說(shuō)總是比較好的，所以被用做測(cè)溫元件在不管是工業(yè)還是其他元件、食品等生產(chǎn)制造的不同場(chǎng)合得到了廣泛的使用。在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和在工業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中具有最

13、低可測(cè)到-270攝氏度，最高能測(cè)超過(guò)一千八百攝氏度，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)不用考慮在外面接電源的問(wèn)題，因?yàn)樗芍苯域?qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表等優(yōu)點(diǎn)的K型熱電偶成為應(yīng)用最廣泛的熱電偶元件。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(wèn)題。從一個(gè)角度來(lái)說(shuō)是熱電偶輸出的也是真是測(cè)量的電壓與他所要測(cè)量的物件的溫度之間是非線性關(guān)系,因此在機(jī)型溫度測(cè)量使用時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行線性化處理。從另外一個(gè)角度來(lái)講是熱電偶輸出的熱電勢(shì)是它自身包括周?chē)趦?nèi)的所處的溫度保持在零攝氏度時(shí)與需要測(cè)出來(lái)的那個(gè)端點(diǎn)之間的電位差，而在實(shí)際溫度測(cè)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(wèn)題。除

14、此之外，與單片機(jī)系統(tǒng)連接的端口必須是數(shù)字化接口，而熱電偶測(cè)出測(cè)出來(lái)的是很弱的難以測(cè)量和直接使用的模擬小信號(hào)。當(dāng)我們遇到冷端溫度補(bǔ)償這一必須要面對(duì)和解決的問(wèn)題時(shí),冰點(diǎn)補(bǔ)償法和電橋補(bǔ)償法這兩種方法都存在大的缺陷，幾乎不能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量、成本高等一系列問(wèn)題經(jīng)常會(huì)隨之產(chǎn)生。因此對(duì)熱電偶測(cè)量的電壓信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理、模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換等等一系列復(fù)雜的問(wèn)題需要我們?nèi)ズ芎玫慕鉀Q它。在對(duì)動(dòng)態(tài)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量記錄時(shí)，僅僅顯示溫度還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們想要的結(jié)果的。這時(shí)候就需要時(shí)間和溫度的同時(shí)出現(xiàn)在我們的眼界內(nèi)才能完成我們想要的結(jié)果。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。二是利用專(zhuān)用的時(shí)鐘芯片

15、。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(pán)輸入電路等相關(guān)元器件來(lái)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(pán)控制電路、實(shí)時(shí)時(shí)間顯示電路等。系統(tǒng)利用芯片MAX6675和51單片機(jī)作為主要設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,并配合時(shí)鐘芯片，實(shí)現(xiàn)測(cè)量溫度實(shí)時(shí)時(shí)間同時(shí)顯示的目的，調(diào)用鍵盤(pán)可以控制查看實(shí)時(shí)測(cè)量溫度記錄等，一切都只是為了達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的所要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，然后再仿真一下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量、實(shí)時(shí)時(shí)間的顯示等功能。2 動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量記錄系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)我們都知道溫度傳感器都是有熱惰性的，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)溫

16、度的正確測(cè)量，需要研究溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)。假設(shè)溫度傳感器自身溫度均勻，沒(méi)有損失熱輻射能量，而且傳感器的介入不會(huì)改變被測(cè)介質(zhì)溫度，熱平衡方程13可以表示為 （2-1）其中，為比熱容；為溫度傳感器質(zhì)量；平均溫度時(shí)間函數(shù)；被測(cè)介質(zhì)溫度函數(shù)；溫度傳感器耗散系數(shù)；t為時(shí)間變量。熱時(shí)間常數(shù)用表示，上式可寫(xiě)為 （2-2）因?yàn)?所以，這就是動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量誤差的根本。當(dāng)，且|t=0解上式得 ，t>0 （2-3） ，t>0 （2-4）當(dāng)時(shí)，熱時(shí)間常數(shù)可表達(dá)為：把傳感器放入穩(wěn)定介質(zhì)，傳感器溫度由0變成和介質(zhì)溫度相同與傳感器初始溫度之差的63.2%用的時(shí)間。每一種傳感器都有自己的熱時(shí)間常數(shù)，所以在測(cè)量動(dòng)

17、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(cè)量的準(zhǔn)確性。2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)一這種方案設(shè)計(jì)的基本思想是：模擬元器件組成冷端補(bǔ)償轉(zhuǎn)換以及放大電路,這種冷端補(bǔ)償放大以及模擬和數(shù)字相互轉(zhuǎn)換組成的電路不僅占用電路的體積比較大,而且使用起來(lái)也非常不方便。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(lèi)型時(shí)，都需要對(duì)電路的元器件值重新再做出調(diào)整。該方案所涉及的主要組成電路部分包括熱電偶及冷端補(bǔ)償、放大及A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)和顯示電路等。如圖2-1-1所展示的就是這個(gè)方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖。圖2-1-1 系統(tǒng)框圖2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)二在這里我選擇了自帶熱電偶冷端補(bǔ)償和放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的專(zhuān)用芯片

18、MAX6675，MAX6675芯片除了可以對(duì)冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償外，還能對(duì)溫度進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換使其可以直接與51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它一方面將采集到的冷端溫度數(shù)據(jù)使用芯片內(nèi)部的溫度敏感二極管轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償電壓，另一方面又將測(cè)量到的熱電勢(shì)和補(bǔ)償電壓利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字量用來(lái)代表所測(cè)量的溫度, 然后實(shí)際溫度數(shù)據(jù)（二者的電壓的和）從輸出引腳輸出和單片機(jī)P0口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后在LCD1602液晶顯示屏上將溫度值顯示出來(lái)。該方案所涉及的主要組成電路部分包括K型熱電偶、溫度補(bǔ)償轉(zhuǎn)換電路、4X4矩陣鍵盤(pán)電路及LCD1602顯示電路等。如圖2-1-2就是這個(gè)方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖。圖2-1-2 系統(tǒng)框圖2.3

19、 系統(tǒng)方案的確定現(xiàn)在對(duì)上述兩種方案進(jìn)行比較，由系統(tǒng)框圖可以得出方案一所需電路比較復(fù)雜，而且測(cè)量出的溫度值不精確，這樣就可能會(huì)造成非常大的誤差。方案二是熱電偶專(zhuān)用的芯片MAX6675芯片對(duì)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(duì)測(cè)量到的溫度進(jìn)行數(shù)字化處理的問(wèn)題。除此之外，該方案所測(cè)溫度精確度比較高，可以消除由熱電偶的非線性所造成的測(cè)量誤差,該方案還實(shí)現(xiàn)了電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)最后決定用方案二的設(shè)計(jì)思想。 3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 AT89S51單片機(jī)的硬件組成3.1.1 片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖示:圖3-1-1 片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)AT8

20、9S51具有的基本特點(diǎn)是【9】：CPU是8位微處理器128byte片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器8位可編程并行I/O口4個(gè)全雙工的異步串行口1個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器1個(gè)中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)特殊功能寄存器26個(gè)掉電模式下具有中斷恢復(fù)模式。除掉電模式之外，低功耗節(jié)電模式有還空閑模式程序加密鎖定位3個(gè)比起AT89C51來(lái)說(shuō)，AT89S51擁有更加鮮明的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在【9】：新增In System Program（ISP）功能，可靈活的在線編程，現(xiàn)場(chǎng)程序修改和調(diào)試更加方便多加一個(gè)數(shù)據(jù)指針，方便對(duì)片外RAM訪問(wèn)新增看門(mén)狗定時(shí)，系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng)增加掉點(diǎn)標(biāo)志和掉點(diǎn)后恢

21、復(fù)3.1.2 引腳功能引腳（封裝）如圖圖3-1-2 封裝引腳圖表3-1-1 電源和時(shí)鐘引腳及功能表3-1-2 控制引腳及功能表3-1-3 端口引腳及功能表3-1-4 部分I/O口引腳的第二功能表3.1.3 存儲(chǔ)器使用存儲(chǔ)器時(shí)應(yīng)注意：（1）要區(qū)分程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器【9】（2）位地址空間共有2個(gè)區(qū)域（3）用指令來(lái)區(qū)別訪問(wèn)的是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還是片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器【9】（4）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址RAM和I/O端口【9】（5）所有外圍I/O端口的地址都會(huì)占用存儲(chǔ)器單元圖3-1-3 存儲(chǔ)器空間分配圖程序存儲(chǔ)器一般用作：（1）存放程序和表格一類(lèi)的固定常數(shù)（2）系統(tǒng)程序啟動(dòng)地址0000H是程序存儲(chǔ)器里的地址

22、（3）引腳確定是訪問(wèn)片內(nèi)還是片外程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器被固定用于各中斷源的中斷服務(wù)程序入口地址如下表所示【9】：表3-1-5 5個(gè)中斷源的中斷入口地址中斷源中斷入口地址外部中斷00003H定時(shí)器T0000BH外部中斷10013H定時(shí)器T1001BH串行口0023H由表可以看出，中斷入口間隔只有8個(gè)單元，通常來(lái)說(shuō)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用來(lái)存放中斷服務(wù)子程序的，所以，我們經(jīng)常習(xí)慣在這幾個(gè)中斷入口處寫(xiě)一條跳轉(zhuǎn)指令調(diào)到對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)子程序【9】。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分為片內(nèi)和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。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(lái)。表3-1-6 片內(nèi)數(shù)

23、據(jù)存儲(chǔ)空間分配單片機(jī)通過(guò)特殊功能寄存器SFR控制片內(nèi)各功能部件。SFR在片內(nèi)RAM上映射區(qū)共26個(gè)，對(duì)應(yīng)地址是80HFFH。具體情況如圖3-1-4。陰影部分為新增的5個(gè)SFR。圖3-1-4 特殊功能寄存器的名稱(chēng)及分布3.2 熱電偶簡(jiǎn)介3.2.1 熱電效應(yīng)及微觀解釋 熱電效應(yīng)定義：將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串聯(lián)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不通時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)【1】。如圖3-2-1所展現(xiàn)出來(lái)的就是熱電偶工作原理。圖3-2-1 熱電偶工作原理一八二一年，賽貝克做出來(lái)了一個(gè)非開(kāi)放的閉合回路利用不同材質(zhì)的金屬，當(dāng)他對(duì)其中一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加熱后，這時(shí)，他覺(jué)察到指南針竟然轉(zhuǎn)動(dòng)

24、了一個(gè)角度。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)。由指南針的偏轉(zhuǎn)可以得出了一個(gè)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并伴隨有電流的流動(dòng)，電流大小和連接處的溫度相關(guān)聯(lián)【1】。兩接觸點(diǎn)的電勢(shì)公式可以寫(xiě)成： （3-2-1） （3-2-2）熱電偶電動(dòng)勢(shì)公式可以寫(xiě)成： （3-2-3）因?yàn)殚]合回路的溫差電動(dòng)勢(shì)太小，常常都是被忽略的，所以可以把公式寫(xiě)成： （3-2-4）如果熱電偶的型號(hào)選定了，冷端溫度也已經(jīng)明確了，那么就可以用一個(gè)對(duì)應(yīng)的固定的數(shù)值來(lái)表示，公式可以變?yōu)椋?（3-2-5）當(dāng)連接兩種不同種類(lèi)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

25、蔓延的情況，這是因?yàn)椴煌N類(lèi)的金屬內(nèi)部自由電子的密度是不一樣的。自由電子將會(huì)從密度大的金屬A向密度小的金屬B擴(kuò)散，密度大的金屬失去e從而帶著正電，密度小的金屬就會(huì)帶有負(fù)電，這樣就會(huì)形成熱電勢(shì)。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。所以，在利用熱電偶對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量?jī)x表是被允許接入的，我們可以通過(guò)測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后得到被測(cè)介質(zhì)的溫度。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。若再將熱電偶冷端的溫度保持在一

26、個(gè)穩(wěn)定不變的值時(shí)，熱電偶的熱電勢(shì)就只和工作端溫度呈現(xiàn)出單值函數(shù)的關(guān)系。熱電偶溫度傳感器的制作和使用是基于這一原理【1】。3.2.2 熱電偶類(lèi)別及冷端補(bǔ)償總的來(lái)說(shuō)，熱電偶溫度傳感器可以分為【1】：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和.非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。從字面上來(lái)講，我們所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)就是符合國(guó)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。非標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上總是比不得標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，而且，分度表也不統(tǒng)一，多數(shù)用于某些特殊場(chǎng)合。一九八八年一月一日我國(guó)所有熱電偶和熱電阻都按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶溫度傳感器類(lèi)型分別是S型、B型、E型、K型、R型、J型、T型七種【1】。用熱電偶測(cè)量時(shí)，要

27、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。實(shí)際上冷端的溫度不會(huì)一直都是恒定的，而是時(shí)刻都在變化的。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?wèn)題。如果不想辦法消除因?yàn)槔涠藴囟劝l(fā)生改變而影響到真實(shí)溫度的測(cè)量就會(huì)造成比較大的測(cè)量誤差。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】。熱電偶溫度補(bǔ)償公式【3】如下： （3-2-6）其中，實(shí)際測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)用表示；熱端溫度用表示；冷端溫度用表示； 零攝氏度用表示【3】；代表冷端表示的是零攝氏度時(shí)所需的補(bǔ)償電勢(shì)。3.2.3 熱電偶選型一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一些特

28、殊的熱電偶的選擇這個(gè)問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。 1、根據(jù)溫度測(cè)量的范圍來(lái)選擇（1）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在1300°C到1800°C之間，而且對(duì)于測(cè)量溫度時(shí)的精度要求相對(duì)來(lái)說(shuō)也是非常的高時(shí)，普遍來(lái)講熱電偶都是選用的型號(hào)為B型的熱電偶；（2）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在超過(guò)了1800°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(lái)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1000°C到1300°C之間，而且對(duì)于測(cè)量溫度時(shí)的精度要求相對(duì)來(lái)說(shuō)也是非常的高時(shí)，一般來(lái)

29、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1000°C以下的話，一般來(lái)講熱電偶都是普遍選用的型號(hào)為K型的熱電偶和N型的熱電偶；（5）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在400°C以下的話，一般來(lái)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250°C以下，或者測(cè)量的溫度所在范圍是小于0攝氏度的話，一般來(lái)講熱電偶都是普遍選用型號(hào)為T(mén)型的熱電偶，因?yàn)?，相?duì)來(lái)說(shuō)，在溫度比較低的環(huán)境中使用時(shí)型號(hào)為T(mén)型的熱電偶變化不是很大，測(cè)量出的誤差也是比較小的，而且對(duì)于測(cè)量溫度時(shí)的精度也是比較好的。

30、2、根據(jù)使用的環(huán)境來(lái)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(lèi)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(lái)說(shuō)比較微弱，然而還原性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較的氣體氛圍內(nèi)可以考慮使用J型和T型這兩種類(lèi)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，那樣的話對(duì)于可以考慮使用的熱電偶的類(lèi)型，通常來(lái)講，就不會(huì)做太過(guò)嚴(yán)格的要求； 3、根據(jù)可持續(xù)使用的時(shí)間來(lái)選擇（1）就關(guān)于熱電偶的使用來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)的話，它的響應(yīng)就需要比較長(zhǎng)的時(shí)間；（2）有一種熱電偶，它的熱

31、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(zhǎng)，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。（3）如果非得選用一種響應(yīng)時(shí)間又快，可持續(xù)使用的時(shí)間也有一定的延長(zhǎng)的話，一般來(lái)講熱電偶都是普遍選用鎧裝方式的熱電偶。就K型熱電偶來(lái)講，據(jù)我所知，它是經(jīng)常和一些用來(lái)顯示記錄作用的儀表相互配合著來(lái)使用。K型熱電偶可以測(cè)量的溫度范圍是0攝氏度到1300攝氏度【1】。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。現(xiàn)在使用頻率最大的廉金屬熱電偶是對(duì)應(yīng)型號(hào)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。1.24.0mm 是K型熱電偶絲常用直徑【10】。 正極（

32、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1300°C的高溫環(huán)境溫度范圍內(nèi)。 當(dāng)我們操作K型熱電偶時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它不但有著很好的線性關(guān)系【11】、測(cè)量出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)也并不微弱、平均每單元需要被測(cè)物質(zhì)一旦變化就會(huì)在很大程度上影響響應(yīng)量等特點(diǎn)，而且使用起來(lái)一般不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)的情況。除此之外它還同時(shí)擁有了使用起來(lái)一般不會(huì)是參差不均的情況等諸多可取點(diǎn)。K型熱電偶普遍應(yīng)用于氧化性惰性氣體中，不可以在沒(méi)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

33、現(xiàn)的氣體中（高溫條件），當(dāng)處于弱氧化氣體中時(shí)也不推薦用K型熱電偶測(cè)溫. 經(jīng)過(guò)上述對(duì)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(jì)需要完成的關(guān)于測(cè)量溫度的各項(xiàng)功能，所以本次設(shè)計(jì)就打算選用K型熱電偶作為溫度采集器件。3.3 芯片MAX6675簡(jiǎn)介3.3.1 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?zhuān)用的集冷端補(bǔ)償和模擬電壓轉(zhuǎn)換數(shù)字于一身的超實(shí)用芯片。MAX6675因其高可靠性和穩(wěn)定性，在很多不同場(chǎng)合不同領(lǐng)域內(nèi)都得到了廣泛的使用。如圖所展現(xiàn)

34、出來(lái)的就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3-3-1芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.2 芯片的特性芯片的特點(diǎn)可以概括如下【4】（1）串行數(shù)據(jù)傳輸（SPI）（2）測(cè)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(diǎn)二五攝氏度的分辨率（4）差動(dòng)放大器的輸入阻抗比較高（5）片內(nèi)已經(jīng)帶有冷端補(bǔ)償?shù)墓δ埽?）可以對(duì)熱電偶是否斷開(kāi)進(jìn)行檢測(cè)（7）只需要+5V的電壓供電（8）兩千伏特的靜電釋放(Electro-Static discharge，簡(jiǎn)寫(xiě)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(duì)來(lái)說(shuō)比較少芯片引腳圖通過(guò)圖3-3-2表示出來(lái)，引腳功能表通過(guò)表3-3-1展示出來(lái)圖3

35、-3-2 芯片引腳表3-3-1 芯片引腳功能引腳名稱(chēng)功能1GND接地端口2T-K型熱電偶負(fù)極接口3T+K型熱電偶正極接口4VCC+5V電源輸入端口5SCK串行時(shí)鐘輸入端口6CS片選端口，低電平時(shí)有效，啟動(dòng)串行接口7SO串行數(shù)據(jù)輸出端口8N.C.懸空不接3.3.3 芯片工作原理芯片在內(nèi)部對(duì)第二引腳和第三引腳接收到的微弱電壓信號(hào)通過(guò)內(nèi)部的低噪聲運(yùn)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。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。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(lái)近似表示： (3-3

36、-1)式子中：表示測(cè)量點(diǎn)的溫度，表示周?chē)沫h(huán)境溫度。最后,通過(guò)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】。3.3.4 芯片溫度補(bǔ)償當(dāng)熱電偶冷端溫度發(fā)生變化時(shí)，芯片還是可以對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。芯片在對(duì)測(cè)量的溫度進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，把周?chē)臏囟韧ㄟ^(guò)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(guò)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(duì)應(yīng)的電壓值。如果熱電偶冷端所處的環(huán)境溫度與的溫度一樣的時(shí)候，它的測(cè)量準(zhǔn)確度就會(huì)達(dá)到很好的狀態(tài)。經(jīng)過(guò)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?chē)龊脵z查，不可以在其周?chē)霈F(xiàn)一些

37、會(huì)發(fā)熱的元器件。除此之外，芯片對(duì)電源造成的耦合噪聲非常靈敏，所以在芯片的電源和地引腳之間要接一個(gè)容值為零點(diǎn)一微法的陶瓷電容，來(lái)降低電源噪聲對(duì)其測(cè)量時(shí)的影響【4】。3.3.5 芯片溫度測(cè)量芯片是用串行口輸出測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)的。如圖3-3-3就是芯片串行口測(cè)量的溫度輸出格式。圖3-3-3 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(lái)講，都是用低電平信號(hào)0來(lái)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(lái)說(shuō)，它常常是用低電平來(lái)表示，如果它變成了高電平1，這就表示開(kāi)始進(jìn)入斷偶檢測(cè)操作【4】。第一位是芯片的身份位，當(dāng)它是低電平信號(hào)

38、0時(shí)，提供身份碼，第零位所代表的就是三態(tài)【4】。串行輸出的具體經(jīng)過(guò)是控制器先發(fā)出信號(hào)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(hào)，測(cè)量出來(lái)的溫度電壓數(shù)據(jù)由端口SO讀取出來(lái)【4】。然后芯片的片選端再變成高電平，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程就不再發(fā)生轉(zhuǎn)換，結(jié)束轉(zhuǎn)換。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。芯片串行口時(shí)序圖如下：圖3-3-4 芯片時(shí)序如圖所展示的就是芯片時(shí)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(shí)溫度零攝氏度相互對(duì)應(yīng)起來(lái)，最大值是FFFH，它和真實(shí)溫度一千零二十三點(diǎn)七五攝氏度相互對(duì)應(yīng)起來(lái)。芯片內(nèi)

39、部修正后，可以把溫度和數(shù)字量對(duì)應(yīng)起來(lái)，用公式可以表達(dá)成： （3-3-2）式子中用T來(lái)代表測(cè)量的溫度值；用M來(lái)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。除此之外，當(dāng)我們使用芯片的時(shí)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】。3.4 芯片簡(jiǎn)介3.4.1 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-4-1所展現(xiàn)出來(lái)的即為該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3-4-1 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.4.2 芯片引腳圖芯片引腳圖通過(guò)圖3-4-2表示出來(lái)，引腳功能表通過(guò)表3-4-1展示出來(lái)圖3-4-2 芯片管腳表3-4-1   引腳功能表表3-4-2 相

40、關(guān)寄存器和控制字3.5 芯片簡(jiǎn)介如圖3-5-1中所展現(xiàn)出來(lái)的即為該芯片的實(shí)物圖，圖3-5-2中所展現(xiàn)出來(lái)的是各引腳功能圖。圖3-5-1 芯片的實(shí)物圖圖3-5-2 引腳功能圖表3-5-1 基本操作表3.6 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(pán)電路和LCD1602液晶顯示電路等組成。本設(shè)計(jì)還可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的目的）。 （1）熱電偶使用分度值為K型號(hào)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】。（2）MAX6675芯片與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信

41、并不是常用的并行口，而是經(jīng)過(guò)串口進(jìn)行的。本系統(tǒng)是利用AT89S51單片機(jī)來(lái)控制帶有冷端補(bǔ)償?shù)腗AX6675溫度轉(zhuǎn)換芯片。（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(lái)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(lái)，靠的是DS1302芯片控制（4）除了上面所說(shuō)的外，本設(shè)計(jì)還可以通過(guò)鍵盤(pán)修改時(shí)間，使測(cè)量溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)起來(lái)，以達(dá)到本設(shè)計(jì)的最初和最終目的。所測(cè)溫度最后可以通過(guò)LCD表達(dá)出來(lái)。 3.6.1 電源電路設(shè)計(jì)圖3-6-1 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。其中，課程設(shè)計(jì)中使用最多的就是利用整流電橋加穩(wěn)壓芯片，再經(jīng)過(guò)電容濾

42、波一下，即可得到可供單片機(jī)正常工作的DC5V電源。本設(shè)計(jì)并非如此，關(guān)于電源電路部分我是用的USB接口來(lái)提供DC5V電源，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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。3.6.2 熱電偶與MAX6675電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)避開(kāi)了復(fù)雜的利用模擬電路的設(shè)計(jì)思想來(lái)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(cè)量溫度所需要的功能。具體連接方式由圖3-6-2展現(xiàn)出來(lái)。圖3-6-2 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(jiǎn)單，具體的連接方式在介紹芯片時(shí)已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，這里就省略不寫(xiě)了。接下來(lái)我就講一下芯片與單片機(jī)的連接，從圖

43、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)P1.3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。三條傳輸線上全都增加一個(gè)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(shí)還可以防止周?chē)碾姶艑?duì)其產(chǎn)生一定的干擾【4】。而電源和地之間接了一個(gè)值為0.1uF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】。3.6.3 時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)本次關(guān)于單片機(jī)的時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)，用的是使用最廣泛的經(jīng)典電路。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】。具體連接方式由圖3-6-3展現(xiàn)出

44、來(lái)。圖3-6-3 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11.0592Hz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)。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(guò)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(lái)共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作的。3.6.4 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。具體的連接方式如圖3-6-4。圖3-6-4 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(lái)完成的。它是一種多重優(yōu)勢(shì)于

45、一身的集成芯片，使用廣泛、性能高、功耗低、自帶存儲(chǔ)器、工作電壓范圍廣、掉電保護(hù)它可以準(zhǔn)確及時(shí)的計(jì)算出當(dāng)前的時(shí)間，并且通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的調(diào)整，已完全達(dá)到本次設(shè)計(jì)所要的目的。該芯片可以計(jì)算閏年，實(shí)現(xiàn)年份準(zhǔn)確顯示。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(hào)【6】。接在DS1302的X1和X2引腳之間的晶振是32.768kMZ的晶振，DS1302的第五引腳接在單片機(jī)的P3.0引腳上、第六引腳接在單片機(jī)的P1.7引腳上、第七引腳接在單片機(jī)的P1.6引腳上，VCC2接上直流+5V的電源電壓，VCC

46、1接兩節(jié)干電池。3.6.5 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)一、鍵盤(pán)的兩大分類(lèi)：1.非編碼鍵盤(pán)2.編碼鍵盤(pán)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(pán)可以分為：1.獨(dú)立式鍵盤(pán)2.矩陣式鍵盤(pán)。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要的按鍵是16個(gè)，獨(dú)立式鍵盤(pán)被否定的主要原因I/O口占線問(wèn)題，取而代之的是矩陣式鍵盤(pán)。本次設(shè)計(jì)用到的就是最為經(jīng)典的一種即矩陣式鍵盤(pán)。4×4矩陣鍵盤(pán)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）。這種方式最突出的優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)合。圖3-6-5 鍵盤(pán)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(pán)，還包括2個(gè)常見(jiàn)的芯片74LS04和74LS30。在

47、這里，我先說(shuō)明一下74LS04芯片，它是14引腳的非門(mén)（NOT）專(zhuān)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(mén)。圖片中1引腳代表的是非門(mén)的輸入端，二為輸出端與單片機(jī)的外部中斷0引腳連接。芯片74LS30是14引腳的8輸入與非門(mén)，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，16、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(pán)行列線之間。這十六個(gè)鍵分別代表數(shù)字零到九，有兩個(gè)鍵用來(lái)做停止和恢復(fù)數(shù)據(jù)采樣，還有三個(gè)鍵用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，最后一個(gè)鍵用來(lái)做調(diào)用溫度。當(dāng)按下最后一個(gè)鍵時(shí)，就進(jìn)入調(diào)用子程序，光標(biāo)放在時(shí)間的時(shí)的位置上，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，

48、每按下一個(gè)鍵，光標(biāo)下移計(jì)數(shù)器的值就加一，當(dāng)記到有六個(gè)鍵被按下時(shí)，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(lái)，即為所要的值。鍵盤(pán)最最常用的兩種工作原理其中之一就是掃描法。還有一種在我看來(lái)并不是很受歡迎的方法那就是線反轉(zhuǎn)法。在這里主要介紹本次設(shè)計(jì)用到的掃描法識(shí)別鍵盤(pán)的過(guò)程。1.有無(wú)鍵按下。所有列線先被置為0，讀行線狀態(tài)是否都為高電平（1）。如果不全為1，則有鍵閉合，否則無(wú)鍵按下。2.確定按鍵。先讓某一列被置為低電平（0），其余列均為高電平（1）。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

49、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?，由此就可以知道是鍵3按下。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）。（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)?，若是某一行線電平由1變?yōu)?，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。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(duì)應(yīng)鍵的處理子程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的功能。鍵盤(pán)工作方式可以是1.中斷掃描方式2.編程掃描方式3.定時(shí)掃描方式在這里主要結(jié)合上圖來(lái)介紹本次設(shè)計(jì)用到的中斷掃描方式。當(dāng)沒(méi)有任何一個(gè)鍵按下時(shí)，芯片

50、74LS30輸出電平為0，然后經(jīng)過(guò)芯片74LS04的一個(gè)非門(mén)后，輸出為1，控制器這時(shí)是不會(huì)響應(yīng)該中斷請(qǐng)求的。然而，只要有一個(gè)鍵按下啦，8輸入與非門(mén)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(guò)芯片74LS04的一個(gè)非門(mén)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(pán)，繼而跳轉(zhuǎn)到與該按鍵相對(duì)應(yīng)的鍵盤(pán)子程序地址，執(zhí)行相應(yīng)程序。綜合上面所講的，可以總結(jié)出實(shí)現(xiàn)這種方式的3個(gè)步驟：（1）中斷時(shí)進(jìn)行掃描（2）掃描法確定按鍵（3）進(jìn)入按鍵對(duì)應(yīng)的地址去執(zhí)行3.6.6 顯示電路設(shè)計(jì)關(guān)于顯示電路的設(shè)計(jì)，目前出現(xiàn)的有數(shù)碼管顯示和液晶屏顯示。

51、在這里主要介紹的是本次設(shè)計(jì)用到的液晶屏顯示。因?yàn)橐_(dá)到實(shí)時(shí)顯示記錄溫度值的效果，然而，數(shù)碼管的顯示方式顯然很難做到這一點(diǎn)，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(lái)的東西也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不得顯示屏的，相對(duì)于數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，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(jì)所需要的顯示電路。圖3-6-6 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。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。本次設(shè)計(jì)因?yàn)榧纫鰜?lái)時(shí)間又要出來(lái)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。4

52、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(duì)所用芯片進(jìn)行初始化處理，處理之后開(kāi)始進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，采集之后再使用MAX6675芯片對(duì)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(guò)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(lái)測(cè)量的溫度；定時(shí)器1S中斷一次記錄數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，芯DS1302用來(lái)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(lái)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)會(huì)利用分時(shí)復(fù)用的方法把時(shí)間LCD1602顯示屏上顯示出來(lái)。除此之外，用戶(hù)還可以通過(guò)按鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以確保達(dá)到時(shí)間的準(zhǔn)確性，還可以

53、通過(guò)矩陣鍵盤(pán)調(diào)用出已經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察。4.1 主程序流程圖4.2 中斷子程序流程圖4.3 按鍵子程序流程圖5 Proteus仿真仿真原理圖：結(jié)束語(yǔ)對(duì)我來(lái)言，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說(shuō)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(shuō)是把以前已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)從頭到尾都又看了一遍。這次設(shè)計(jì)的題目涉及到的知識(shí)點(diǎn)既有硬件又有軟件；既有單片機(jī)又有傳感器。首先是溫度采集部分，本來(lái)我的打算是用模擬電路設(shè)計(jì)的，但是在設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)看，我發(fā)現(xiàn)溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)實(shí)在是太過(guò)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(lái)，在書(shū)上找

54、到了芯片MAX6675，我感覺(jué)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(kāi)始有些沾沾自喜。接下來(lái)是溫度顯示部分，剛開(kāi)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。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(méi)法顯示。老師說(shuō)不僅僅是數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，而是數(shù)碼管只能顯示出溫度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄溫度，可以考慮用顯示屏。最后，在老師的建議下，我開(kāi)始查看有關(guān)液晶顯示的模塊問(wèn)題，然后經(jīng)過(guò)和同伴們的探討，決定使用作為顯示模塊的電路。然后是鍵盤(pán)設(shè)計(jì)部分，按照我的想法，我本來(lái)是想和網(wǎng)絡(luò)上的很多設(shè)計(jì)一樣用3個(gè)獨(dú)立的按鍵：一個(gè)用來(lái)做停止采樣轉(zhuǎn)而去調(diào)用記錄的溫度第二個(gè)用來(lái)做倍乘鍵，分別是（1）如果不按第二個(gè)鍵，而是直接按第三個(gè)鍵，當(dāng)這時(shí)候如果每按一下第三個(gè)鍵，那么顯示出來(lái)的就是在當(dāng)前時(shí)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(shí)候如果沒(méi)次按一下第三個(gè)鍵，那么顯示出來(lái)的就是在當(dāng)前時(shí)間的基礎(chǔ)上，每次都倒退