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1目录目录................................................................................................................................................11、设计方案:...................................................................................................................................22、传感器的选择:...........................................................................................................................23、系统设计.....................................................................................................................................34、硬件介绍.....................................................................................................................................44.1、K型热电偶......................................................................................................................44.1.1K型热电偶概况......................................................................................................44.1.2热电偶传感器测温原理.........................................................................................44.2、MAX6675........................................................................................................................54.2.1MAX6675概况.......................................................................................................54.2.2MAX6675性能及结构...........................................................................................64.2.3MAX6675的工作原理与功能................................................................................74.3、89C51单片机................................................................................................................104.4、4位共阳极LED............................................................................................................125、硬件电路...................................................................................................................................135.1、K型热电偶采集信号电路............................................................................................135.2、放大电路........................................................................................................................145.3、电压跟随器....................................................................................................................155.4、A/D转换电路................................................................................................................156、整体电路设计...........................................................................................................................167、软件设计：...............................................................................................................................178、仿真结果...................................................................................................................................219、总结体会...................................................................................................................................2321、设计方案:温度测量系统使用温度传感器检测温度变化,补偿电路减小误差提高准确性,将温度变化转化为电压或电流信号,经过放大器将信号放大后,再用A/D转换器将模拟信号转化为数字信号,并将数字信号送到51单片机进行处理,最后在数码管上显示被测温度值。2、传感器的选择:温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便。热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱铑-铱、镍铁-镍铜、铜-康铜等，各种不同材料的热电偶使用在不同的测温范围场合。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、3延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。采用热电阻传感器设计测温电路，需要设计恒流源、冷端补偿电路、线性校正电路、放大电路、A/D转换电路，过程比较繁琐，集成度低，并且各个电路存在偏差，这些偏差经过多级电路后形成较大误差，严重影响测量温度值。为了电路简洁方便集成度高，减小误差，本次测温电路选用K型热电偶，配合MAX6675完成测温系统。热电偶是工业中常用的温度测温元件，具有如下特点：①测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；②热响应时间快：热电偶对温度变化反应灵敏；③测量范围大：热电偶从-40+1600℃均可连续测温；④性能可靠，机械强度好；⑤使用寿命长，安装方便；但是，K型热电偶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。MAX6675是美国MAXIM公司生产的带有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测的串行K型热电偶模数转换器,，即一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、AD转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。将K型热电偶和MAX6675结合使用，电路集成度高，简洁很多，减小误差。因此，本次电路设计选用K型热电偶。3、系统设计本设计系统主要包括温度信号采集单元、信号调理单元、单片机数据处理单元、显示单元。其中温度信号的数据调理单元采用MAX675集成芯片，它包括信号调节放大器、12位的模拟数字化热电偶转换器、冷端补偿传感和校正、数字控制器、1个SPI兼容接口和1个相关的逻辑控制。系统的整体结构框图如下图所示：4测温的模拟电路是把当前K型热电偶传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号，再传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。4、硬件介绍4.1、K型热电偶4.1.1K型热电偶概况K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2～4.0mm。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。4.1.2热电偶传感器测温原理热电偶测温由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和接触电势两部分组成。接触电势：它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时，假设导体