基于單片機(jī)的熱電偶溫度巡檢儀

1、題 目：基于單片機(jī)的熱電偶溫度巡檢儀 49內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）基于單片機(jī)的熱電偶溫度巡檢儀 摘要 在很多工業(yè)場(chǎng)合都會(huì)遇到溫度的多路巡回檢測(cè)、報(bào)警和控制的問(wèn)題，目前的溫度檢測(cè)儀器普遍智能化程度不高、沒(méi)有通信功能，并且要求輸入規(guī)定的信號(hào)。 針對(duì)目前溫度檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種以at89s52單片機(jī)為核心的智能溫度巡檢儀，具有自動(dòng)校準(zhǔn)、串行通信、傳感器非線性校正等功能，提高了儀器的智能程度。系統(tǒng)采用k型熱電偶測(cè)量技術(shù)和模擬開關(guān)芯片，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度巡回采集處理的功能, 應(yīng)用于各種溫度測(cè)量場(chǎng)合。系統(tǒng)主要由四大部分組成：1.溫度數(shù)據(jù)采集部分，主要以恒流源獲取鎳鎘-鎳硅熱電偶的溫度

2、信號(hào)；2.i/o功能擴(kuò)展部分，負(fù)責(zé)鍵盤控制、液晶顯示、語(yǔ)音報(bào)警及控制等功能；3.串口通信部分，通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；4.以pc機(jī)為核心的上位機(jī)部分，上位機(jī)采用高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)友好的可視化人機(jī)界面，將其所接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換曲線或表格，清晰明了地顯示出巡檢對(duì)象的溫度狀況。 本系統(tǒng)分利用了單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)檢測(cè)能力，以k型熱電偶作溫度傳感器，精度高、量程寬、穩(wěn)定性好、性能可靠，并可按照用戶設(shè)置的報(bào)警溫度和危險(xiǎn)溫度作出語(yǔ)音報(bào)警和智能防護(hù)措施，改進(jìn)了工作人員的工作方式，提高了工作效率和管理水平。.關(guān)鍵詞：智能儀器 ；溫度巡檢儀 ；單片機(jī) ；熱電偶the thermocouple of tempera

3、ture-cruising test based on single-chip designabstract there is much need of multiway temperature measurement, alarm and control in certain industry situations. general temperature measure instrument is not intelligent enough. it has no function of communication, and requires stated signal. aiming a

4、t the current problem, this paper mainly introduces the design of a multiway intelligent temperature measure instrument based on at89c52 microprocessor. the system has the function of auto adjust, serial communication, and sensor nonlinearity self-correction. it adopts three-wire measuring technique

5、 of thermistor and analog switches to realize multiway temperature measurement. it mainly comprises four parts: 1.temperature data acquisition unit, which adopts a constant current source to get the temperature data 2.function expand unit, which includes mcu, keyboard, voice alarm module and lcd scr

6、een; 3.communication part, which takes charge of communicating with upper machine; 4.upper machine part, which adopts visual basic to design a friendly man-machine interface, and clearly displays the state of the measured object as curves and tables. which has merits of accurate measure, wide range,

7、 good stability, and reliable performance. it can give the alarm and self-protect while achieving the alarm temperature and the dangerous temperature user set, and improves the mode of operator working, efficiency and the management level.keywords: intelligent instrument; temperature-cruising test;m

8、cs51; thermocouple內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）目 錄第一章 引言11.1 溫度測(cè)量簡(jiǎn)述11.2 系統(tǒng)工藝11.3 設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)21.4 溫度巡檢儀的技術(shù)現(xiàn)狀3第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 技術(shù)原理42.2 溫度信號(hào)處理5第三章 硬件設(shè)計(jì)63.1 熱電偶的測(cè)溫63.1.1 傳感器分類63.1.2 熱電偶傳感器63.1.3 熱電偶的工作原理73.1.4 熱電偶測(cè)量溫度的方法83.1.5 測(cè)量信號(hào)的放大和冷端補(bǔ)償93.2 max6675芯片103.2.1 性能特點(diǎn)103.2.2 工作原理113.2.3 與單片機(jī)的通訊123.2.4 熱補(bǔ)償與噪聲補(bǔ)償133.2.5

9、應(yīng)用中的注意問(wèn)題143.3 多通道的巡回切換153.4 a/d轉(zhuǎn)換器adc0832173.5 單片機(jī)的功能183.6 led顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)193.6.1 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)203.6.2 數(shù)碼管參數(shù)及應(yīng)用203.7 與上位機(jī)的連接串口通信22第四章 軟件設(shè)計(jì)254.1 軟件設(shè)計(jì)流程254.2 數(shù)字信號(hào)處理264.3 led顯示程序的實(shí)現(xiàn)284.3.1 顯示部分流程圖28第五章 誤差分析和軟件調(diào)試305.1 干擾源的種類305.2 抗干擾措施305.3 系統(tǒng)調(diào)試方法32第六章 總結(jié)33參考文獻(xiàn)34附錄一 設(shè)計(jì)硬件電路36附錄二 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)37致謝49內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）第一章 引言1

10、.1 溫度測(cè)量簡(jiǎn)述 溫度對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的影響是很大的，因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)中，對(duì)溫度的要求是很嚴(yán)格的。特別是一些先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn), 在這些生產(chǎn)中溫度的重要性有如水要正常情況下要結(jié)冰最少也要0度一樣，不達(dá)到這個(gè)條件就不能出現(xiàn)冰?？梢姕囟葘?duì)工業(yè)生產(chǎn)是多么重要的。當(dāng)然,也不一定所有的都是對(duì)溫度要求這么嚴(yán)格的。 隨著科技的發(fā)展，溫度計(jì)測(cè)溫已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)和生活的需要，于是便出現(xiàn)了能夠?qū)Χ帱c(diǎn)溫度進(jìn)行巡回定點(diǎn)檢測(cè)并顯示的溫度巡檢儀。溫度控制將更好的服務(wù)于社會(huì)目前，單片機(jī)控制器在從生活工具到工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場(chǎng)控制儀表、數(shù)控機(jī)床等。尤其是用單片機(jī)控制器改造落后的設(shè)備具有性價(jià)比高、提

11、高設(shè)備的使用壽命、提高設(shè)備的自動(dòng)化程度的特點(diǎn)。社會(huì)的發(fā)展對(duì)于溫度控制也就相應(yīng)的不斷提高，而我設(shè)計(jì)的基于at89c52的智能溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到這樣的溫度控制要求而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。我所采用的控制芯片為at89c52，此芯片功能強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。溫度巡檢儀由溫度傳感器、巡回切換裝置和顯示記錄儀表構(gòu)成。 其測(cè)溫原理是：多個(gè)傳感器的輸出電參數(shù)隨溫度的變化而變化，輸出并變換成統(tǒng)一規(guī)格的電信號(hào)，由多路自動(dòng)開關(guān)逐路選通，以采樣、量化、編碼和必要的輔助運(yùn)算方法將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。再經(jīng)數(shù)字電路或微處理器及外圍電路處理后輸出驅(qū)動(dòng)顯示和記錄機(jī)構(gòu)，周期性的采集被測(cè)信號(hào)。1.2 系統(tǒng)工藝at89c52 單片

12、機(jī)為核心構(gòu)成的智能儀器系統(tǒng)，該溫度巡檢儀可對(duì)8點(diǎn)溫度進(jìn)行巡回檢測(cè)和顯示又可對(duì)某點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)和顯示，在檢測(cè)的同時(shí)可以進(jìn)行聲光報(bào)警，帶有串行通訊接口的溫度巡檢儀。整個(gè)系統(tǒng)是由溫度傳感器電路，電壓放大電路，多路檢測(cè)通道選擇電路，a/d 轉(zhuǎn)換電路，抗干擾電路，最小系統(tǒng)電路，鍵盤顯示電路，聲光報(bào)警電路組成。為了使儀表小巧靈活、成本低、抗干擾能力強(qiáng),能針對(duì)性的解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù),并獲得最佳的性能價(jià)格比。選用at89c52單片機(jī)作為cpu內(nèi)一片集成塊內(nèi)含有一個(gè)8位微處理器、128個(gè)字節(jié)ram、 4個(gè)8位并行口，一個(gè)全雙工串行口， 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以及時(shí)鐘振蕩電路。在眾多的微機(jī)芯片中，

13、最適用于智能儀表，為使儀表具有顯示、報(bào)警指示、鍵盤設(shè)定、打印等多種功能。c51單片微機(jī)現(xiàn)有i/o是足夠的,而且有ram進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，所以選不用8155作為i/o口擴(kuò)展。 mcs-51應(yīng)用系統(tǒng)是最適用的外圍器件，選用adc0832a/d轉(zhuǎn)換器，相當(dāng)于二進(jìn)制11位a/d轉(zhuǎn)換器,它具有自動(dòng)調(diào)零、輸入阻抗高、外接元件少、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)；特別適用于工業(yè)儀表a/d轉(zhuǎn)換。進(jìn)行多點(diǎn)巡檢時(shí),必須多點(diǎn)切換,如果用傳統(tǒng)的電橋轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行多點(diǎn)切換是不能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閗型熱電偶變化范圍也只有幾伏特，故必須消除模擬開關(guān)內(nèi)阻影響，采用恒流源進(jìn)行“電壓-電阻”變換，用多阻抗放大器進(jìn)行小信號(hào)放大。1.3 設(shè)計(jì)的總體目

14、標(biāo) 主控制模塊是系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)選擇數(shù)據(jù)采集通道、信號(hào)調(diào)整、對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)溫度對(duì)各種異常進(jìn)行報(bào)警，電源監(jiān)視、對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償、向顯示模塊發(fā)送顯示數(shù)據(jù)。 i/o模塊在主控制模塊的控制下將檢測(cè)信號(hào)經(jīng)輸入通道選擇開關(guān)送給主控制模塊的信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換器和溫度異常是輸出報(bào)警信號(hào)。 本設(shè)計(jì)中，我們采用k型熱電偶傳感器來(lái)構(gòu)架溫度采集系統(tǒng)，采集到的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器的處理轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，但我們得到的還是比較微弱的模擬信號(hào)，要對(duì)信號(hào)進(jìn)放大，然后將此模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能接受、處理的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)譯碼環(huán)節(jié)最終用七段led顯示器顯示出來(lái)。1.4 溫度巡檢儀的技術(shù)現(xiàn)狀隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)

15、的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視溫度因素，許多產(chǎn)品對(duì)溫度范圍要求嚴(yán)格，而目前市場(chǎng)上普遍存在的溫度檢測(cè)儀器大都是單點(diǎn)測(cè)量，同時(shí)還有溫度信息傳遞不及時(shí)、精度不夠的缺點(diǎn)，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn),并且實(shí)時(shí)性高、精度高、能夠綜合處理多點(diǎn)溫度信息的測(cè)量系統(tǒng)就很有必要。 課題以at89c52單片機(jī)系統(tǒng)為核心，能對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。各檢測(cè)單元（從機(jī)）能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能夠根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)串行口，通過(guò)總線及通信協(xié)議將采集的本數(shù)據(jù)傳送到主控機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)

16、送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進(jìn)行整理、顯示和存儲(chǔ)。主控機(jī)與各從機(jī)之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到系統(tǒng)整體統(tǒng)一、和諧的效果。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)原理 多路溫度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成由信號(hào)變送單元和和接收單元組成，熱電偶的毫伏信號(hào)(或其它類型溫度信號(hào))進(jìn)入變送單元后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，變送單元的數(shù)字信號(hào)通經(jīng)過(guò)安全柵進(jìn)入到接收單元，現(xiàn)場(chǎng)變送單元與安全柵構(gòu)成本安回路，從而使得變送單元可以直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)（0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)）。多路溫度轉(zhuǎn)換器的每個(gè)接收單元可以帶2個(gè)變送單元，變送單元安裝在現(xiàn)場(chǎng)的采集箱內(nèi), 每個(gè)變送單元最多可以采集8路溫度信號(hào)，其供電方式為

17、回路供電，為確保系統(tǒng)可靠性，變送單元與接收單元之間的通訊，以及接收單元同dcs的通訊都采用冗余配制，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)， 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)能夠無(wú)擾動(dòng)地自動(dòng)切換，并產(chǎn)生系統(tǒng)診斷報(bào)警，在切換時(shí)保證數(shù)據(jù)完整，多路溫度采集系統(tǒng)同dcs的通訊協(xié)議為 modbus-rtu。信號(hào)輸入電路由電流-電壓轉(zhuǎn)換電路和多路切換開關(guān)組成，溫度信號(hào)由變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的010ma.dc.420ma.dc的電流信號(hào)送來(lái)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見圖2.1.圖2.1 多路溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 溫度信號(hào)處理 本設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行的是溫度采集，采用k型熱電偶對(duì)對(duì)象進(jìn)行溫度測(cè)量；采集到的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器的處理轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，但是我們得到的還是比較微弱的

18、模擬信號(hào)（電壓信號(hào)）；需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，然后將此模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)過(guò)能夠接受、處理的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)程序處理后，單片機(jī)輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)譯碼環(huán)節(jié)最終用七段led顯示管顯示出來(lái)。信號(hào)處理流程可由以下圖2.2表示。圖2.2 信號(hào)處理流程圖第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 熱電偶的測(cè)溫?zé)犭娕紲囟扔?jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫范圍廣(-180 1800 ) 、耐高溫、準(zhǔn)確度高、價(jià)格便宜、使用方便、適于遠(yuǎn)距離測(cè)量與自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。因而, 它在高溫測(cè)量方面得到較廣泛的應(yīng)用。3.1.1 傳感器分類傳感器分類方法很多，常用的有2種:一種是按被測(cè)的參數(shù)分，另一種是按變換原理來(lái)分。通常按被測(cè)的參數(shù)來(lái)分類，可分為熱工參數(shù)：溫

19、度、比熱、壓力、流量、液位等;機(jī)械量參數(shù):位移、力、加速度、重量等；物性參數(shù)：比重、濃度、算監(jiān)度等；狀態(tài)量參數(shù)：顏色、裂紋、磨損等。溫度傳感器屬于熱工參數(shù)。 溫度傳感器按傳感器于被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可分為2大類：一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)及對(duì)流原理達(dá)到熱平衡，這時(shí)的示值即為被測(cè)對(duì)象的溫度；這種測(cè)溫方法精度比較高，并在一定程度上還可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)的、熱容量比較小的、或?qū)Ω袦卦懈g作用的對(duì)象，這種方法將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。非接觸測(cè)溫的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，目前最常用的是輻射熱交換原理。

20、此種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是可測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可測(cè)溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。3.1.2 熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精確度;測(cè)量范圍廣，可從-501600進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，特殊的熱電偶如金鐵-鎳鉻，最低可測(cè)到-269，鎢-錸最高可達(dá)2800。熱電偶傳感器主要按照熱電效應(yīng)來(lái)工作。將兩種不同的導(dǎo)體a和b連接起來(lái)，組成一個(gè)閉合回路，即構(gòu)成感溫元件，如圖3.1所示。當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)接點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱為

21、熱電效應(yīng)，也叫溫差電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)進(jìn)行工作的。熱電偶的一端是將a、b兩種導(dǎo)體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為t的被測(cè)介質(zhì)中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為t0的恒定溫度下。當(dāng)工作端的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化，將熱電勢(shì)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可得到溫度值。3.1.3 熱電偶的工作原理 熱電溫度計(jì)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及測(cè)量?jī)x表構(gòu)成的。其中熱電偶是敏感元件, 它由兩種不同的導(dǎo)體a 和b 連接在一起, 構(gòu)成一個(gè)閉合回路, 當(dāng)兩個(gè)連接點(diǎn)1 與2 的溫度不同時(shí), 由于熱電效應(yīng)，回路中就會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)幾到幾十毫伏的熱電動(dòng)勢(shì), 記為eab 。接點(diǎn)1 在測(cè)量時(shí)被置于測(cè)量場(chǎng)所，故

22、稱為測(cè)量端或工作端。接點(diǎn)2 則要求恒定在某一溫度下，稱為參考端或自由端, 如圖3.1所示。圖3.1 熱電偶原理圖實(shí)驗(yàn)證明, 當(dāng)電極材料選定后, 熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)僅與兩個(gè)接點(diǎn)的溫度有關(guān), 即比例系數(shù)sab稱為熱電動(dòng)勢(shì)率, 它是熱電偶最重要的特征量。當(dāng)兩接點(diǎn)的溫度分別為t1 , t2 時(shí), 回路總的熱電動(dòng)勢(shì)為，對(duì)于已選定材料的熱電偶： 當(dāng)其自由端溫度恒定時(shí)， 為常數(shù)，這樣回路總的熱電動(dòng)勢(shì)僅為工作溫度t1 的單值函數(shù)。所以，通過(guò)測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)的方法就可以測(cè)量工作點(diǎn)的實(shí)際溫度。3.1.4 熱電偶測(cè)量溫度的方法 圖3.1 中我們把自由端2 畫成虛線，是想說(shuō)明熱電偶在使用時(shí)2 點(diǎn)實(shí)際上不是直接相接的。由熱電

23、偶的中間金屬定律：“在熱電偶測(cè)溫回路中，串接第三種導(dǎo)體；只要其兩端溫度相同， 則熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與串接的中間金屬無(wú)關(guān)。 那么, 我們把較短的測(cè)量導(dǎo)線和儀表串接在2 點(diǎn)并視其為第三種金屬，就可認(rèn)為它們不影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)即工作溫度的測(cè)量?！?實(shí)際使用時(shí)，測(cè)量場(chǎng)所與測(cè)量?jī)x表往往相距很遠(yuǎn)，又因?yàn)榻M成熱電偶的材料比較貴重，所以常加導(dǎo)線來(lái)連接。這里有兩種使用方法： 第一種是用兩根連接導(dǎo)線具有相同的熱電性質(zhì)； 如在一根導(dǎo)線(如常用的紫銅線) 上取下的兩段線， 它們的化學(xué)成分和物理性質(zhì)就很相近，這時(shí)，可根據(jù)中間金屬定律判斷出電偶的熱電動(dòng)勢(shì)只取決于電偶兩端溫度t1、t2 ， 其它環(huán)境溫度的影響就

24、可忽略。第二種是在熱電偶的兩電極分別采用和自己熱電性質(zhì)相近的補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)至3 點(diǎn)， 這樣熱電動(dòng)勢(shì)只取決于t1 和t3而與t2 無(wú)關(guān)。 上述使用情況中， 溫度點(diǎn)t2 和t3 往往采用冰水混合物(0 ) 來(lái)恒定溫度。這時(shí)， 總的熱電動(dòng)勢(shì)就變成工作溫度t1 的單值函數(shù)， 可記為(e - t1) 。為了使用方便, 對(duì)于不同的熱電偶規(guī)定了不同的分度號(hào)，根據(jù)不同的分度號(hào)；我們又可查找其對(duì)應(yīng)的分度表，從而得到標(biāo)準(zhǔn)熱電偶e - t1 關(guān)系的具體對(duì)應(yīng)值(相關(guān)溫度點(diǎn)一般規(guī)定為0 )， 見表3.1.分度號(hào)材質(zhì)補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線材質(zhì)k鎳鎘-鎳硅sc正極負(fù)極銅銅鎳表3.1 k型熱電偶性能介紹熱電偶測(cè)溫時(shí)， 除工作端外

25、的各個(gè)部分要求有良好的絕緣，否則會(huì)引入誤差， 甚至無(wú)法測(cè)量。另外，為了支撐和固定熱電極，延長(zhǎng)其壽命， 還應(yīng)選擇合適的保護(hù)套管材料。使用一段時(shí)間后， 熱電偶要和標(biāo)準(zhǔn)偶進(jìn)行校正。3.1.5 測(cè)量信號(hào)的放大和冷端補(bǔ)償 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)。但是將熱電偶應(yīng)用在基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域時(shí)，卻存在著以下幾方面的問(wèn)題。 1.非線性：熱電偶輸出熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系為非線性關(guān)系，因此在應(yīng)用時(shí)必須進(jìn)行線性化處理。 2.冷端補(bǔ)償：熱電偶輸出的熱電勢(shì)為冷端保持為0時(shí)與測(cè)量端的電勢(shì)差值，而在實(shí)際應(yīng)用中冷端的溫度是隨著環(huán)境溫度而變化的，故需進(jìn)行冷

26、端補(bǔ)償。 3.數(shù)字化輸出：與嵌入式系統(tǒng)接口必然要采用數(shù)字化輸出及數(shù)字化接口，而作為模擬小信號(hào)測(cè)溫元件的熱電偶顯然法直接滿足這個(gè)要求。 因此，若將熱電偶應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)時(shí)，須進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)放大、a/d轉(zhuǎn)換、查表線性線、溫度補(bǔ)償及數(shù)字化輸出接口等軟硬件設(shè)計(jì)。如果能將上述的功能集成到一個(gè)集成電路芯片中，即采用單芯片來(lái)完成信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、線性化及數(shù)字化輸出功能，則將大大簡(jiǎn)化熱電偶在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)。3.2 max6675芯片maxim公司新近推出的max6675，其內(nèi)部由精密運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源、冷端補(bǔ)償二極管、模擬開關(guān)、數(shù)字控制器及adc電路構(gòu)成，完成熱電偶微弱信號(hào)的放大、冷端補(bǔ)償和ad轉(zhuǎn)換

27、等功能。max6675采用8腳so形式封裝，圖3.2為引腳圖，t+接k型熱電偶的正極(鎳鉻合金)，t-接k型熱電偶的負(fù)極（鎳硅合金或鎳鋁合金）；片選信號(hào)端cs為高電平時(shí)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，低電平時(shí)允許數(shù)據(jù)輸出；sck為時(shí)鐘輸入端；so為數(shù)據(jù)輸出端，溫度轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)據(jù)由該腳以spi方式輸出。3.2.1 性能特點(diǎn)max6675的主要特性如下： 1.簡(jiǎn)單的spi串行口溫度值輸出； 2.0+1024的測(cè)溫范圍； 3.12位0.25的分辨率； 4.片內(nèi)冷端補(bǔ)償； 5.高阻抗差動(dòng)輸入； 6.熱電偶斷線檢測(cè)； 7.單一正5v的電源電壓； 8.低功耗特性； 9.工作溫度范圍-20+85； 10.2000v的es

28、d信號(hào)。 該器件采用8引腳so帖片封裝，引腳排列如圖3.2所示； 引腳名稱圖3.2 max6675的引腳圖 功能一：gnd接地端、t-接k型熱電偶負(fù)極、t+接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7so串行數(shù)據(jù)輸出8n.c。 3.2.2 工作原理max6675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，

29、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41v/，電壓可由線性公式來(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。熱電偶的功能是檢測(cè)熱、冷兩端溫度的差值，熱電偶節(jié)點(diǎn)溫度可在0+1023.75范圍變化。冷端即安裝max6675的電路板周圍溫度，比溫度在-20+85范圍內(nèi)變化。當(dāng)

30、冷端溫度波動(dòng)時(shí)，max6675仍能精確檢測(cè)熱端的溫度變化。由于傳感器輸出微弱的模擬信號(hào)，當(dāng)信號(hào)中存在環(huán)境干擾時(shí)，干擾信號(hào)也被同時(shí)放大，影響檢測(cè)的精度，需用濾波電路對(duì)先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，以提高信號(hào)的抗干擾能力。 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ma

31、x6675附近放置發(fā)熱器件或元件，因?yàn)檫@樣會(huì)造成冷端誤差。 3.2.3 與單片機(jī)的通訊max6675采用標(biāo)準(zhǔn)的spi串行外設(shè)總線與單片機(jī)接口。max6675從spi串行接口輸出數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)使cs置為低電平，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。將cs變低在so端輸出第一個(gè)數(shù)據(jù)，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個(gè)輸出位是d15，是一偽標(biāo)志位，并總為0；d14位到d3位為以msb到lsb順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；d2位平時(shí)為低，當(dāng)熱電偶輸入開放時(shí)為高，開放熱電偶檢測(cè)電路完全由max66

32、75實(shí)現(xiàn)，為開放熱電偶檢測(cè)器操作，t-必須接地，并使接地點(diǎn)盡可能接近gnd腳；d1位為低以提供max6675器件身份碼，d0位為三態(tài)標(biāo)志位。 型熱電偶溫度采集電路采用atmel公司的flash單片機(jī)at89c52，該微控制器具有4k內(nèi)部可擦寫程序存儲(chǔ)器和32 個(gè)輸入/輸出端口，滿足本系統(tǒng)中溫度測(cè)量、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通訊的需要為。at89c52采用i/o口線模擬spi串行口來(lái)對(duì)max6675讀取數(shù)據(jù)。max6675的cs端接單片機(jī)的p1.0腳, cs低電平停止轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)輸出；sck引腳接單片機(jī)的p1.1腳，為傳輸數(shù)據(jù)提供時(shí)鐘。無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，sck應(yīng)置為低電平；so引腳接單片機(jī)的p1.2腳，用

33、于傳輸數(shù)據(jù)。單片機(jī)的p1.3腳作為型熱電偶探頭斷線報(bào)警口，報(bào)警時(shí)輸出低電平，驅(qū)動(dòng)故障指示led顯示。 在單片機(jī)的上述4個(gè)引腳各接一個(gè)10k的上拉電阻，保證數(shù)據(jù)的可靠傳送。由于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，在max6675的電源引腳附近接入1只0.1f陶瓷旁路電容。本系統(tǒng)主要測(cè)量工作溫度范圍為5001200，為了準(zhǔn)確的測(cè)量這一區(qū)段的溫度值，系統(tǒng)利用x25045芯片內(nèi)部的4096位串行e2prom（非易失存儲(chǔ)器），保存溫度補(bǔ)償參數(shù)，掉電不丟失，保證系統(tǒng)可應(yīng)用于各種環(huán)境條件。3.2.4 熱補(bǔ)償與噪聲補(bǔ)償在測(cè)溫應(yīng)用中，芯片自熱將降低max6675溫度測(cè)量精度，誤大小

34、依賴于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，可在布線時(shí)使用大面積接地技術(shù)提高max6675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，可在max6675的電源引腳附近接入1只0.1f陶瓷旁路電容。 測(cè)量精度的提高 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； 2.如必須用小截面導(dǎo)線，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； 3.避免受能拉緊導(dǎo)線的機(jī)械擠壓和振動(dòng)； 4.當(dāng)熱電偶距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)采用雙絞線作熱電偶連線； 5.在溫度額定值范圍內(nèi)使用熱電偶導(dǎo)線；

35、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； 8.僅在低溫和小變化率區(qū)域使用擴(kuò)展導(dǎo)線； 9.保持熱電偶電阻的事件記錄和連續(xù)記錄。3.2.5 應(yīng)用中的注意問(wèn)題在溫度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中遇到諸多問(wèn)題，現(xiàn)有max6675相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題。 1.max6675芯片對(duì)電源噪聲較為敏感，盡量將max6675布置在遠(yuǎn)離其他i/o芯片的地方。 2.max6675芯片t-必須接地，并使接地點(diǎn)盡可能接近gnd腳，否則讀出數(shù)據(jù)為無(wú)規(guī)律的亂碼。 3.max6675是通過(guò)冷端補(bǔ)償來(lái)校正周圍溫度變化的。該器件將周圍溫度通過(guò)內(nèi)部的溫度檢測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為溫度補(bǔ)償電壓，該器件內(nèi)部電路將二極管電壓

36、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，例如7805等帶散熱片的穩(wěn)壓器件。 4. 盡量采用大截面積的熱電偶導(dǎo)線，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，可采用雙絞線作為信號(hào)傳輸線。 5. 根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，可通過(guò)相應(yīng)的數(shù)字濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以提高所需要某一段測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3.3 多通道的巡回切換 本系統(tǒng)是一個(gè)多路巡檢的系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)多路檢測(cè)，如果在每一路都接一個(gè)恒流源和一個(gè)a/d采樣通道，顯然太浪費(fèi)資源，所以要使用模擬通道開關(guān)芯片，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的快捷切換，

37、這樣只要一路恒流源，一路a/d采樣通道即可實(shí)現(xiàn)多路巡檢功能，同時(shí)還可以保證各通道電流的一致性。本設(shè)計(jì)所用多路開關(guān)是兩個(gè)單八路模擬開關(guān)cd4051。這些開關(guān)電路在整個(gè)vdd-vss 和vdd-vee 電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)inh 輸入端為“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8 通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。cd4051 引腳功能見圖3.3.圖3.3 多路選通開關(guān)cd4051單8 通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端a0、a1、a2 和inh 輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.520v 的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至20v 的模

38、擬信號(hào)。例如，若vdd5v，vss0，vee13.5v，則05v 的數(shù)字信號(hào)可控制13.54.5v 的模擬信號(hào)。cd4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼abc來(lái)決定。其“inh”是禁止端，當(dāng) “inh”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，cd4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端vee，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 cmos電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰峰值達(dá)15v的交流信號(hào)。例如，若模擬開關(guān)的供電電源vdd=5v， vss=0v，當(dāng)vee=5v時(shí)，只要對(duì)此模擬開關(guān)施加05v的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為

39、5v5v的模擬信號(hào)。輸入狀態(tài)和接通通道見表3.2.inhabc連接狀態(tài)00000000110010200113010040101501106011171均不接通表3.2 cd4051連接狀態(tài)表3.4 a/d轉(zhuǎn)換器adc0832adc0832 為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其管

40、教連接圖如圖3.4所示：圖3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片adc0832adc0832芯片接口說(shuō)明：· cs_ 片選使能，低電平芯片使能。· ch0 模擬輸入通道0，或作為in+/-使用。· ch1 模擬輸入通道1，或作為in+/-使用。· gnd 芯片參考0 電位（地）。· di 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。· do 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。· clk 芯片時(shí)鐘輸入。· vcc/ref 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。3.5 單片機(jī)的功能 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)儀器的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，遵循自上而下，由大到小，由粗到細(xì)

41、的思想，按照儀器的功能層次，把硬件和軟件分成若干個(gè)功能模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試；然后把它們連接起來(lái)，進(jìn)行總調(diào)。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。at89c52單片機(jī)是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos的8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）

42、，器件采用atmel公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容。功能強(qiáng)大的at89c2單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。設(shè)計(jì)并制作好硬件，下面就是編寫軟件的工作。在編寫軟件之前，首先要確定一些常數(shù)、地址，事實(shí)上這些常數(shù)、地址在設(shè)計(jì)階段已被直接或間接地確定下來(lái)了。如當(dāng)某器件的連線設(shè)計(jì)好后，其地址也就被確定了，當(dāng)器件的功能被確定下來(lái)后，其控制字也就被確定了。然后用文本編輯器（如edit、cced等）編寫軟件，編寫好

43、后，用編譯器對(duì)源程序文件編譯，查錯(cuò)，直到?jīng)]有語(yǔ)法錯(cuò)誤，除了極簡(jiǎn)單的程序外，一般應(yīng)用仿真機(jī)對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試，直到程序運(yùn)行正確為止。以下是本設(shè)計(jì)所用芯片at89c52的應(yīng)用連接。圖3.5 at89c51的應(yīng)用連接3.6 led顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(com)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到+5v，

44、當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。3.6.1 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。1、 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的i/o端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或

45、者使用如bcd碼二進(jìn)制至十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根i/o端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)c51單片機(jī)可用的i/o端口才32個(gè)），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2、 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a, b, c,d ,e, f, g, dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，

46、所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。3.6.2 數(shù)碼管參數(shù)及應(yīng)用8字高度：8字上沿與

47、下沿的距離，比外型高度小，通常用英寸來(lái)表示，范圍一般為0.25-20英寸。長(zhǎng)*寬*高：長(zhǎng)數(shù)碼管正放時(shí)，水平方向的長(zhǎng)度；寬數(shù)碼管正放時(shí)，垂直方向上的長(zhǎng)度；高數(shù)碼管的厚度。時(shí)鐘點(diǎn)：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個(gè)點(diǎn)。一般用于顯示時(shí)鐘中的秒。數(shù)碼管是一類顯示屏，通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字。能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)單，在家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛、空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)、熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏數(shù)碼管使用的電流與電壓。電流：靜態(tài)時(shí)，推薦使用10-15ma；動(dòng)態(tài)時(shí)，16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)

48、，平均電流為4-5ma，峰值電流50-60ma。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當(dāng)紅色時(shí)，使用1.9v乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)；當(dāng)綠色時(shí)，使用2.1v乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)。另外，系統(tǒng)還加了三個(gè)發(fā)光二極管，分別是綠、黃、紅三種不同顏色，用于顯示檢測(cè)對(duì)象的溫度情況。綠色表示溫度正常，黃色檢測(cè)對(duì)象溫度超過(guò)報(bào)警溫度，紅色表示溫度已超過(guò)危險(xiǎn)溫度。發(fā)光二極管電路如圖3.6(b)所示。下圖3.6（a）就是led共陽(yáng)極連線圖。(a) lcd顯示器 (b)發(fā)光二極管顯示圖3.6 系統(tǒng)顯示器電路3.7 與上位機(jī)的連接串口通信max232是由德州儀器公司（ti）推出的一款兼容rs232標(biāo)準(zhǔn)的芯片

49、。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl低電平+5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供tia/eia-232-f電平。該器件符合tia/eia-232-f標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將tia/eia-232-f電平轉(zhuǎn)換成5v ttl/cmos電平。每一個(gè)發(fā)送器將ttl/cmos電平轉(zhuǎn)換成tia/eia-232-f電平。主要特點(diǎn)： 1. 單5v電源工作。2. linbicmostm工藝技術(shù)。3. 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器。4. ±30v輸入電平。5. 低電源電流：典型值是8ma.6. 符合甚至

50、優(yōu)于ansi標(biāo)準(zhǔn) eia/tia-232-e及itu推薦標(biāo)準(zhǔn)v.28.7. esd保護(hù)大于mil-std-883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000v.下圖為mx232雙串口的連接圖，可以分別接單片機(jī)的串行通信口或者實(shí)驗(yàn)板的其它串行通信接口：圖3.7 mx232雙串口的連接圖max232應(yīng)用電路，注意電容接法。232是電荷泵芯片，可以完成兩路ttl/rs-232電平的轉(zhuǎn)換，它的的9、10、11、12引腳是ttl電平端，用來(lái)連接單片機(jī)的。 max232獲得正負(fù)電源的另一種方法:在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，我們時(shí)常要用到數(shù)/模（d/a）或者模/數(shù)(a/d)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例

51、如： 9v,-9v; 12v,-12v.這些電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。 在控制板上，我們有的只是5v電源，可又有很多方法獲得非5v電源。1.外接；2.dc-dc變換.在這里我介紹一塊大家常用的芯片：max232. max232是ttl-rs232電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為uf的時(shí)候，若輸入為5v。輸出可以達(dá)到-14v左右，輸入為0v ，輸出可以達(dá)到14v，在扇出電流為20ma的時(shí)候，處處電壓可以穩(wěn)定在12v和-12v。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將max232的輸出信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)的軟件

52、部分是比較重要的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，溫度巡檢儀的軟件由主程序、中斷服務(wù)程序、應(yīng)用程序構(gòu)成，主程序流程見圖4.1。溫度巡檢儀通電后進(jìn)入初始狀態(tài)，系統(tǒng)要對(duì)嵌入式微處理器的各有關(guān)ram芯片進(jìn)行初始化設(shè)置，然后轉(zhuǎn)入顯示，顯示由8位數(shù)碼管組成進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描,掃描結(jié)束轉(zhuǎn)入通訊程序，然后判斷有無(wú)鍵按下，首先判斷是否為功能鍵，是功能鍵則執(zhí)行相應(yīng)功能否則進(jìn)行溫度巡檢。初始化完成之后，將進(jìn)行溫度的采樣，并執(zhí)行溫度比較，如果溫度大于設(shè)定溫度，將進(jìn)行超溫紅燈提示。系統(tǒng)初始化完成以后，首先系統(tǒng)將選擇溫度采樣通道，然后執(zhí)行對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大、冷端補(bǔ)償、等操作，系統(tǒng)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示。然后判斷是否在設(shè)定的溫度范圍，若標(biāo)志位為零，則

53、進(jìn)入循環(huán)操作；若標(biāo)志位為1，溫度異常，則跳出循環(huán)，進(jìn)入中斷。主程序循環(huán)過(guò)程中不斷的掃描按鍵，如果有按鍵觸發(fā)將會(huì)調(diào)用鍵值處理函數(shù)。其軟件流程圖如圖4.1所示。主程序使用了while構(gòu)成的死循環(huán)使主程序處于不停的循環(huán)檢測(cè)中，在執(zhí)行完上述所有功能后系統(tǒng)馬上進(jìn)入循環(huán)。圖4.1 程序主流程圖4.2 數(shù)字信號(hào)處理由于干擾或者電路噪聲的存在，在采樣過(guò)程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)采樣信號(hào)與實(shí)際信號(hào)存在偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)信號(hào)的高低波動(dòng)，為了減小這方面原因造成的測(cè)量誤差，在實(shí)際采樣時(shí)采樣18個(gè)點(diǎn)，然后再除去其中偏差較大的兩個(gè)點(diǎn)，即一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，再對(duì)剩余的16個(gè)點(diǎn)取均值，這樣得到的ad轉(zhuǎn)換結(jié)果已經(jīng)比較接近實(shí)際信號(hào)值。

54、在對(duì)數(shù)值進(jìn)行濾波操作之后，還要將ad值轉(zhuǎn)換為溫度，常用的兩種方案為查表法和公式法：查表法比較麻煩，首先要去制定一個(gè)表，而且精度也不高，適合于線性化較差的ntc溫度傳感器；公式法比較簡(jiǎn)單，只需要確定比例系數(shù)k即可，適合于線性化較好的pt傳感器，對(duì)于spce061a來(lái)說(shuō)，具有硬件乘法器所以實(shí)現(xiàn)該運(yùn)算比較容易，其c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)過(guò)程為： a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖4.2所示。 圖4.2 a/d轉(zhuǎn)換子程序前面已經(jīng)介紹過(guò)單片機(jī)中常用的數(shù)字信號(hào)處理方法，ad采樣時(shí)首先選擇采樣通道，然后開中斷，讀p_adc_mux_ctrl寄存器判斷該寄存器的第15位是否為1，若為1說(shuō)明ad采樣完畢，若不等于1，則繼續(xù)讀p_ad

55、c_mux_ctrl寄存器。若p_adc_mux_ctrl寄存器為1，則判斷是否完成18次轉(zhuǎn)換，若沒(méi)完成18次轉(zhuǎn)換則繼續(xù)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換知道轉(zhuǎn)換完畢置轉(zhuǎn)換標(biāo)志返回。在ad的轉(zhuǎn)化過(guò)程中用到一個(gè)中斷服務(wù)irq5_2hz， irq5_2hz中斷用以提供1s時(shí)間以確定ad采樣的時(shí)間間隔。4.3 led顯示程序的實(shí)現(xiàn)輸入：七段碼輸入為四個(gè)輸入信號(hào)，用來(lái)表示為“0000”到“1111”，即表示十六進(jìn)制的“0”到“f”。輸出：七段碼輸出為七個(gè)輸出信號(hào)，分別用“a、b、c、d、e、f、g”七個(gè)符號(hào)來(lái)表示。一般規(guī)定，輸出信號(hào)為“1”時(shí)，它所控制的發(fā)光二極管為點(diǎn)亮狀態(tài)，輸出信號(hào)為“0”時(shí)，它所控制的發(fā)光二極管為熄滅狀

56、。本設(shè)計(jì)使用的七段數(shù)碼管為共陽(yáng)極組。輸入與輸關(guān)系為四位二進(jìn)制代碼組成十六進(jìn)制代碼，將其代碼顯示。顯示方式是通過(guò)選位的方式進(jìn)行，是將fpga/cpld的三位二進(jìn)制的信號(hào)輸出，通過(guò)外部三八譯碼器硬件電路，選中一路led信號(hào)為輸出，故選擇一位led數(shù)碼管顯示，本實(shí)驗(yàn)是采取選相應(yīng)的一個(gè)指定位置進(jìn)行l(wèi)ed顯示。輸入是通過(guò)外部的四個(gè)按鍵操作而組成一位十六進(jìn)制。其連接到fpga/cpld的對(duì)應(yīng)的引腳上，需進(jìn)行引腳分配。4.3.1 顯示部分流程圖 本設(shè)計(jì)對(duì)于led部分的程序設(shè)計(jì)流程圖可由圖4.3所示：圖4.3 顯示模塊流程圖顯示是檢驗(yàn)程序結(jié)果最直接也最簡(jiǎn)單的硬件設(shè)計(jì)，此顯示函數(shù)是獨(dú)立在主程序之外的子函數(shù)，在函數(shù)的開始首先定義了段碼地址和片選地址，進(jìn)入堆棧后首先取led片選地址，取顯示的數(shù)據(jù)地址，然后判斷l(xiāng)ed_no是否為1，若為1則取小數(shù)點(diǎn)，最后取a端口的數(shù)據(jù)，送位選碼顯示。判斷l(xiāng)ed_no是否為3，若不為3更給位碼顯示下一位。直到led_no再次為零時(shí)顯示程序結(jié)束。顯示刷新，重新取數(shù)據(jù)。4.4 數(shù)字濾波 由于外界干擾或某些不可預(yù)知的因素，模擬量在受到干擾后，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后的結(jié)果偏離了真實(shí)值