文档介绍：热电偶测温系统的设计
摘要：温度测量是测量领域最重要的功能之一，频繁应用于气象观测、环境研究、实验室以及其他各种生产过程。在特定条件下的产品制造与工业质量保持稳定方面，温度测量是基础且十分重要。因此，本文将描述工业领域温度测量中广泛使用的温度传感器热电偶及其冷端补偿等相关知识。
本设计是以热电偶传感器为基础的测温系统，经过单芯片来完成信号的放大、冷端补偿、线性化及数字化输出功能，大大简化了该系统的设计，它的输出温度范围为0—1024℃，单片机得到温度后，通过四位独立数码管显示出来。
关键词：单片机热电偶 MAX6675
目录
1 概述 2
系统组成框图 2
热电偶测温原理及特性 3
2 热电偶传感器测温系统的单元电路介绍 4
单片机的介绍 4
热电偶传感器选型及介绍 6
信号处理模块分析 7
Max6675工作原理 7
热电偶传感器的性能分析 10
系统显示电路介绍 11
74HC595的介绍 11
数码管介绍 13
3 基于热电偶传感器的硬件电路设计 14
测温电路的设计 14
显示电路的设计 14
4 基于热电偶传感器测温系统的软件设计 16
软件流程图 16
C语言程序 17
软件仿真 20
总结与展望 21
参考文献 22
附录 23
1 概述
系统组成框图
作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一—— 热电偶，与铂热电阻一起，约占整个温度传感器总量的60%，热电偶通常和显示仪表等配套使用，直接测量各种生产过程中-40～1800℃范围内的液体、蒸气和气体介质以及固体的表面温度。
本课题采用的是以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发热电偶测温的系统。系统硬件原理框图如图1-1：
单
片
机
四位数码管显示电路
热电偶传感器
信号处理
图1-1系统框图
系统框图如图1-1所示，热电偶传感器采集到温度信号传送给信号处理模块，信号处理由Max6675单芯片构成，它是Maxim公司新近推出的一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。
它与单片机通信读出温度值，经过线性化处理后发给显示电路显示，显示电路是由四位独立数码管组成。
热电偶测温原理及特性
热电偶简介：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表转换成被测介质的温度。
热电偶测温的基本原理：将两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表：分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。
热电偶的特性：
1. 组成热电偶回路的两种导体材料相同时，无论两接点温度如何，回路总热电势等于零。
2. 如果热电偶两接点的温度相同，T=T0，则尽管导体A，B材料不同，热电偶回路的总电势亦为零。热电偶回路的总电势仅与两接点温度有关，与A、B材料的中间温度无关。
3. 在热电偶回路中接入第三种材料的导体时，只要这根导体的两
端温度相同，则不会影响原来回路的总热电势。这一性质称为中间导体定律。
2 热电偶传感器测温系统的单元电路介绍
单片机的介绍
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用。
AT89C2051提供以下标准功能：2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及两种可选的软