基于单片机AT89C52的数字化温度测量仪

　　1引言

　　热电偶作为一种主要的测温元件,具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽、测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时,却存在着以下几方面的问题。①非线性:热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系,因此在应用时必须进行线性化处理。 ②冷补偿:热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端的电势差值,而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的,故需进行冷端补偿。③数字化输出:与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口,而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。因此,若将热电偶应用于嵌入式系统时,须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。

　　本文研究设计的数字化温度测量仪使用了高精度的集成芯片MAX6675,体积小且不需要任何的其他外围电路,大大的减少了电路中的元器件和I/O连线,从而简化了系统结构。

　　2硬件设计

　　2.1 MAX6675芯片简介

　　MAX6675是美国Maxin公司生产的基于SPI总线的专用芯片,不仅能对K型热电偶进行冷端补偿,还能对热电势信号作数字处理,具有很高的可靠性和稳定性,可广泛应用于工业、仪器仪表、自动化领域等。

　　2.1.1 MAX6675引脚

　　MAX6675采用8引脚SO贴片封装,引脚排列如图1所示,引脚功能如表1。

　　2.1.2 MAX6675的性能特点

　　1)具有冷端温度补偿及对温度进行数字处理,一方面利用内置温度敏感二极管将环境温度转换成补偿电压,另一方面又通过模/数转换器将热电势和补偿电压转换为温度的数字量,将两者相加后从SPI串行接口输出的测量结果即为实际温度数据。

　　2) MAX6675采用12位ADC,测量温度范围0℃~1024℃,在0℃~700℃范围内的转换精度为±8个字。

　　3)带SPI串行接口总线,适配单片机构成温度检测系统,允许将多片MAX6675挂在SPI总线上构成复杂测温系统。

　　4)能检测热电偶的开路故障,一旦热电偶开路,输出串行数据中的 位就变成1。

　　5) MAX6675的供电电源为0V~5V,串行时钟频率最高不得超过4.3MHz,低功耗,2000V的ESD信号。

　　2.1.3温度变换

　　MAX6675内部具有将热电偶信号转换为与ADC输入通道兼容电压的信号调节放大器,T+和T-输入端连接到低噪声放大器A1,以保证检测输入的高精度,同时使热电偶连接导线与干扰源隔离。

　　热电偶输出的热电势经低噪声放大器A1放大,再经过A2电压跟随器缓冲后,被送至ADC的输入端。在将温度电压值转换为相等价的温度值之前,它需要对热电偶的冷端温度进行补偿,冷端温度即是MAX6675周围温度与0℃实际参考值之间的差值。