K型热电偶数字转换器MAX6675及其在铝水平温度测量仪中的应用4页.doc

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1、Ｋ型热电偶数字转换器MAX6675及其在铝水平温度测量仪中的应用摘要：MAXIM6675是MAXIM公司推出的具有冷端补偿的单片K型热电偶数字转换器。本文主要介绍了MAX6675的特性和工作原理，详细阐述了该芯片在铝水平温度测量仪中的应用，给出了与89C51单片机的接口电路和程序设计。关键词：K型热电偶MAX6675单片机　　TheCold-Junction-CompensatedK-Thermocouple-to-DigitalConvertedMAX6675andApplicationinMoltenAluminiumTemperatureMeasuringDevice　　Abstr

2、act：TheMAX6675isaCold-Junction-CompensatedK-Thermocouple-to-DigitalConverter,madebyMAXIM。Thepaperdescribedthefeaturesandfundamenconstitutionofmax6675,ItisdescribedespeciallythatapplicationinMoltenAluminiumTemperatureMeasuringDevice,ThehardwareconnectionandsoftwareprogrammingofMAX6675with89C51micr

3、ocontrolleraregived。　　Keywords:K-ThermocoupleMAX6675MicrocontrollerＫ型热电偶是工业生产中最常用的温度传感器，具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽等特点。目前，在以Ｋ型热电偶为测温元件的工业测温系统中，热电偶输出的热电势信号必须经过中间转换环节，才能输入基于单片机的嵌入式系统。中间转换环节包括信号放大、冷端补偿、线性化及数字化等几个部分，实际应用中，由于中间环节较多，调试较为困难，系统的抗干扰性能往往也不理想。在铝水平温度测量仪的研制中，我们采用了MAXIM公司新近推出的MAX6675，它是一个集成了热电偶放大器、

4、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，可以直接与单片机接口，大大简化系统的设计，保证了温度测量的快速、准确。　　1MAX6675特性　　1.1特性　　MAX6675是具有冷端补偿和A/D转换功能的单片集成Ｋ型热电偶变换器，测温范围0℃～1024℃，主要功能特点如下：　　n直接将热电偶信号转换为数字信号　　n具有冷端补偿功能　　n简单的SPI串行接口与单片机通讯　　n12位A/D转换器、0.25℃分辨率　　n单一5V的电源电压　　n热电偶断线检测　　n工作温度范围-20℃～85℃　　1.2引脚功能　　MAX6675采用SO-8封装形式，有8个引脚，脚1（GND）接地

5、，脚2（T-）接热电偶负极，脚3（T）接热电偶正极，脚4（VCC）电源端，脚5（SCK）串行时钟输入端，脚6（CS）片选端，使能启动串行数据通讯，脚7（SO）串行数据输出端，脚8（NC）未用。在VCC和GND之间接0.1μF电容。　　MAX6675的引脚如图1所示。　　1.3工作原理　　MAX6675是一复杂的单片热电偶数字转换器，其内部结构如图2所示。主要包括：低噪声电压放大器A1、电压跟随器A2、冷端温度补偿二极管、基准电压源、12位AD转换器、SPI串行接口、模拟开关及数字控制器。　　其工作原理如下：K型热电偶产生的热电势，经过低噪声电压放大器A1和电压跟随器A2放大、缓冲后，得到

6、热电势信号U1，再经过S4送至ADC。。对于K型热电偶，电压变化率为(41μV/℃)，电压可由如下公式来近似热电偶的特性。　　U1=(41μV/℃)×(T-T0)　　上式中，U1为热电偶输出电压（mV），T是测量点温度；T0是周围温度。　　在将温度电压值转换为相应的温度值之前，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。通过冷端温度补偿二极管，产生补偿电压U2经S4输入ADC转换器。　　U2=(41μV/℃)×T0　　在数字控制器的控制下，ADC首先将U1、U2转换成数字量,即获得输出电压U0的数据，该数据就代表测量点的实际温度值T。这就是M

7、AX6675进行冷端温度补偿和测量温度的原理。　　1.4与单片机的通讯MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与单片机接口。MAX6675从SPI串行接口输出数据的过程如下：单片机使CS置为低电平，并提供时钟信号给SCK，由SO读取测量结果。CS变低将停止任何转换过程，CS变高将启动一个新的转换过程。将CS变低在SO端输出第一个数据，一个完整串行接口读操作需16个时钟周期，在时钟的下降沿读16个输出位，第1个输出位是D15，是一伪