基于51单片机、K型热电偶、MAX6675的8路温度显示系统

自动化工程训练课程设计

学院名称信息科学与工程学院

专业班级自动化1202班

姓名黎毅刚

指导老师刘芳

目录第一章绪论

第二章方案论证

2.1温度采集方案

2.2显示界面方案

第三章系统整体设计

3.1 系统总体分析

3.2设计原理

第四章各个元器件及芯片简介

4.1 AT89C51单片机介绍

4.2 K型热电偶简介

4.3 MAX6675简介

4.4 LCD12864简介

第五章各部分电路设计

5.1温度采集电路

5.2数据处理电路

5.3温度显示电路

5.4超限报警电路

第六章心得体会

附录1 硬件仿真图与运行效果展示附录2 软件代码

第一章绪论

在工业生产中，需要检测工艺生产线的温度，而且这个温度范围还很大。该系统采集主要以Atmel公司的AT89C51单片机为控制处理核心，由它完成对数据的采集处理以及控制数据的无线传输。AT89C51单片机是一种低功耗/低电压/高性能的8位单片机，片内带有一个8KB的可编程／可擦除／只读存储器。无线收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异，在业界居领先水平，它的显著特点是所需外围元件少，因而设计非常方便。因此用来设计工业温度检测系统相当的合适。

在本文中，主要说明单片机与K型热电偶以及K型热电偶模数转换器—MAX6675的组合，形成单片机的温度检测系统。包括：如何针对系统的需求选择合适的温度检测器件，如何根据选择的器件设计外围电路和单片机的接口电路，如何编写控制温度检测器件进行数据传输的单片机程序，并简要介绍数字温度传感器MAX6675的应用。

第二章方案论证

2.1温度采集方案

方案一：模拟温度传感器。采用热敏电阻，将温度值转换为电压值，经运算放大器放大后送A/D转换器将模拟信号变换为数字信号，再由单片机经过比较计算得到温度值。优点：应用广泛，特别是工程领域，采用不同的热敏电阻，可实现低温到超高温的测量。缺点：必须采用高速高位A/D转换器，系统复杂，成本高，还以引进非线性误差，得通过软件差值修正

方案二：采用集成数字温度传感器DS18B20。该传感器采用单总线接口，能方便的与单片机通信。测温范围从-55到+125,测温精度9-12位可调，12位时最大转换时间为750ms，但是不满足本设计的要求。缺点：不能实现高温测量。

方案三：采用K型热电偶与K型热电偶模数转换器—MAX6675的组合，该组合采用单总线接口，能方便的与单片机通信，测量范围从0到+1050度，测温精度为12位，完全满足本设计的要求，因此采用此方案。

2.2显示界面方案

方案一：用数码管显示，优点：结构简单，成本低。缺点：只能显示一测量点和有限的符号。

方案二：采用LCD12864显示。可以实现中英文操作提示，方便人机交换。能同时显示多点温度值，使用方便，而且价格适中，本系统设计为多点温度采集情况可以采用。

第三章系统总体设计

3.1 系统总体分析

本系统采用的是K型热电偶采集温度，因此本设计有温度采集部分，数据处理部分，温度显示部分，故障显示并显示部分组成。AT89C51单片机以及单片机的外围电路由晶振电路，复位电路，温度采集电路，温度显示电路，超限报警电路组成。系统设计框图如下：

系统设计框图 3.2设计原理

温度采集部分

先使用K 型热电偶对环境温度进行检查，再经过K 型热电偶模数转换器

—MAX6675，进行温度转换，将环境温度转换成12位二进制数据采集进单片机，以便单片机进行数据处理。在本系统中，由于是8路温度采集，因此使用串行的方式，依次对8路温度进行采集，并用单片机的P2口来传输与反馈数据。 数据处理部分

利用算法，在单片机中对采集到的数据进行处理，并转换成百、十、个位通

过P0口进行输出。

温度显示部分

通过调用LCD 的显示函数，将温度以两列的方式实时地显示在LCD 上。

超限报警部分

通过软件算法，检测8度的温度是否在100度到999度的范围内，一旦超过

这个范围，这进行故障报警，并在LCD 上显示“超温”或者“低温”，并且同时通过蜂鸣器以及LED 灯，来进行声光报警。

第四章各个元器件及芯片简介

4.1 AT89C51单片机介绍

AT89C51单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

1．主要特性：

1、与MCS-51 兼容

2、4K字节可编程闪烁存储器

3、1000写/擦循环数据保留时间10年

4、全静态工作，0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定

5、128*8位内部RAM32可编程I/O线

6、两个16位定时器/计数器

7、5个中断源

8、可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式

9、片内振荡器和时钟电路

2．主要管脚说明：

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电

阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将

输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，

并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

4.2 K型热电偶简介

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。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A和B的电子密度分别为NA和NB 并且NA>NB，则在两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同，由导体A扩散到导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而