毕业设计：基于单片机的工业电阻炉智能温度控制系统设计 - 图文(4)

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种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，导体A、B称为热电极。热电效应中的电动势由温差电势和接触电势组成，接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。

图 3.1热电偶原理图

热电偶的冷端温度补偿

热电偶的分度表是以冷端温度0℃为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度往往不为0℃，所以需要对热电偶的冷端温度进行温度补偿。常用的冷端温度补偿方法有：冷端温度修正法、冷端0℃恒温法、冷端温度自动补偿法等。 3.1.3温度信号处理芯片MAX6675

该器件采用8位引脚的SO封装，引脚图如图3.2所示。

图3.2 MAX6675引脚图

引脚功能如表3.1所示。

表3.1 MAX6675引脚功能表 引脚 1 2 3 4 5 6 7

名称 GND T- T+ VCC SCK CS SO 第 8 页

功能 接地端 K型热电偶负极 K型热电偶正极 正电源端 串行时钟输入 片选信号端 串行数据输出 桂林航天工业学院毕业设计(论文）

8 NC 悬空 不用

MAX6675的内部由精密运算放大器A1、A2、基准电压源、冷端补偿二极管、模拟开关、数字控制器及ADC等组成，完成了热电偶微弱信号的放大、冷端补偿及模/数转换功能[12]。

将K型热电偶的热电势输出端与MAX6675的引脚T+、T-相连，热电偶输出的热电势经放大器A1、A2进行放大和滤波处理后送至ADC的输入端，在转换之前，先需要对热电偶的冷端温度进行补偿，MAX6675通过内置的冷端补偿的电路来实现冷端补偿。它将冷端温度通过冷端补偿二极管转换为相应的电压信号，MAX6675内部电路将二极管电压和放大后的热电偶电势同时送到ADC中进行转换，即能得到测量端的绝对温度值。

MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与单片机接口，其与单片机通信时工作过程如下：当单片机使MAX6675的CS 引脚从低电平变为高电平时，MAX6675将进行新的转换；当单片机使MAX6675的CS 引脚从高电平变为低电平并给SCK时钟信号时，MAX6675停止信号转换并从SO端输出串行转换数据。当从SO端输出串行转换数据时，一个完整的数据输出过程需要16个时钟周期，数据的输出通常在SCK的下降沿完成，其中D15位是伪标志位，始终为0；D14～D3是由高位到低位顺序排列的温度转换值；D2用于检测热电偶是否断线，当D2为1时表明热电偶断开；D1为MAX6675的标识符，始终为0；D0位为三态。MAX6675的串行接口时序图如图3.2所示。

图3.2 MAX6675的时序图

图3.3为本系统中温度检测电路，当STC89C52的P3.3为低电平且P3.1口产生时钟脉冲时，MAX6675的SO脚输出转换数据。在每一个脉冲信号的下降沿SO输出一个数据，16个脉冲信号完成一串完整的数据输出，先输出高电位D15，最后输出的是低电位D0，D14-D3为相应的温度转换数据，共12位，其最小值为0，对应的温度值为0℃；最大值为4095，对应的温度值为1023.75℃，分辨率为0.25℃。由于MAX6675内部经

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过了激光修正，因此，其转换结果与对应温度值具有较好的线性关系。温度值与数字量的对应关系为：温度值=1023.75×转换后的数字量/4095。当P3.3为高电平时，MAX6675开始进行新的温度转换。

345 图3.3 温度检测电路 3.2 单片机 在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。STC89C52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Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容、片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，STC89C52是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域[12]。基于上述这些特点，这里选择STC89C52单片机作为控制核心。 因为单片机的工作电源为+5V，STC89C52电源输入支持的电压范围为5v~3.4v，且底层电路功耗很小。Vcc，电源端；GND，接地端[6]。其电源供电电路如图3.4所示： J4RCA+5VR6510GNDD10LED 图3.4供电电路 本部分主要介绍单片机最小系统的设计。单片机系统的扩展，一般是以基本最小系统为基础的。所谓最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统，对于片内带有 第 10 页 桂林航天工业学院毕业设计(论文）

程序存储器的单片机，只要在芯片外接时钟电路和复位电路就是一个小系统了。小系统是嵌入式系统开发的基石。本电路的小系统主要由三部分组成，一块STC89C52芯片、复位电路及时钟电路[16]。

STC89C52 单片机的引脚说明[13]

VCC：供电电压； GND：接地。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

P0是一个8位双向I/O端口，端口置1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8个TTL

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电平。对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节；校验程序时输出指令字节，需要接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。

P1是一个带有内部上拉电阻的8 位准双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL电平。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。

P2是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL电平。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

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。

P3口也可作为STC89C52的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 /RXD（串行输入口）； P3.1 /TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断0）； P3.3 /INT1（外部中断1）； P3.4 T0（记时器0外部输入）； P3.5 T1（记时器1外部输入）； P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）； P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）；

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

本设计STC89C52单片机的P1.0口和P1.1口接LED显示，X1和X2接的是晶振电路，RESET接复位电路。

3.3 时钟电路

时钟电路提供单片机的时钟控制信号，单片机时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式。最常用的是内部时钟方式，是采用外接晶振和电容组成的。

时钟振荡电路如图3.5所示：

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