基于热电偶的温度测试仪设计

1、大学课程设计说明书基于热电偶的温度测试仪设计摘 要：基于热电偶的温度测试仪，该仪器是以AT89C51单片机为核心，由AD590集成温度传感器测量冷端温度T0，由热电偶测量热端温度T，该热电偶采用K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶）。它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，再通过二次查表法计算出实际温度值，此值送4位共阴极LED数码管显示。该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。 关键词：热电偶，冷端温度补偿，89C51单片机，ADC0809，线性化标度变换Abstract: Thermocoup

2、le-based temperature testing instrument, the instrument is based on AT89C51 microcontroller as the core, from AD590 integrated temperature sensor measures the cold junction temperature T0, measured by the thermocouple hot-side temperature T, the use of K-Thermocouple Thermocouple ( Ni-Cr - Ni-Si the

3、rmocouple). They are through the I / V conversion and linear amplification, time forA / D conversion, the converted digital signal into the AT89C51 microcontroller, microcontroller operation after processing into ROM address, and then through the second look-up table method to calculate the actual t

4、emperature value, this value is sent to four common cathode LED digital tube display. The thermocouple thermometer software with C language, using a modular structure design.Keywords: Thermocouple, cold junction temperature compensation, 89C51 microcontroller, ADC0809, linear scale transformation大学课

5、程设计说明书目 录1 前言 . 12 整体方案设计 . 22.1 方案论证 . 22.2 方案比较 . 33 单元模块设计 . 43.1 冷端采集和补偿电路模块 . 43.1.1 AD590介绍 . 43.1.2冷端采集和补偿电路分析 . 63.2 热端放大电路模块 . 63.3 A/D转换器ADC0809 . 73.4 单片机模块 . 83.5 LED显示模块 . 114 软件设计 . 134.1主程序 . 134.2 A/D转换子程序 . 134.3 线性化标度变换子程序 . 155 系统调试 . 185.1调试软件介绍 . 185.1.1 ISIS简介 . 185.1.2 Keil C5

6、1简介 . 185.2硬件调试 . 185.3软件调试 . 195.4硬件软件联调 . 206系统技术指标及精度和误差分析. 217设计小结 . 228总结与体会 . 239参考文献 . 24附录1：电路总图 . 25附录2：软件代码 . 26第 I 页大学课程设计说明书1 前言温度是表征物体冷热程度的物理量，温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。例如, 利用水银温度计、有机液体温度计、双金属温度计、液体压力温度计、铂电阻温度计、热敏电阻温度计、热电偶温度计、光学高温计、红外温度计、辐射温度计、比色温

7、度计等等都可实现对温度的测量。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。它结构简单、制造方便、测温范围宽(低至负180 , 高至1800 )、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传。本文介绍一个基于热电偶的温度测试系统，本设计是以AT89C51单片机为核心，由AD590集成温度传感器测量冷端温度T0，由热电偶测量热端温度T。该热电偶采用K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶）。使用12V和5V电源。采用4位

8、共阴极LED显示。该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。考虑到实际中有时需要对测温的上下限值进行修改，或者是在测温之初检验该设备是否能够正常显示或运行，故在设计中可以根据需要加入键盘。在工业测量中，被测对象所处环境往往十分恶劣，常存在电场、磁场、噪声等干扰，使采样值偏离真实值。所以，在软件设计中，还需要一组滤波程序，对多次采样信号构成的数据系列进行平滑加工，以提高其有用信号在采样值中所占比例，减少乃至消除各种干扰及噪音，以保证系统工作的可靠性。本设计采用分段直线拟合方法，既节省大量存储器，又有很高的测量精度。第 1页大学课程设计说明书2 整体方案设计本设计的整体思路是：用热电偶

9、测量热端的温度T，并进行I/V转换和线性放大，由另一个设备测量冷端温度T0并进行温度补偿，再进行I/V转换和线性放大。然后把从热端和冷端得到的信号分时进行A/D转换，再送到单片机进行运算处理，从而得到热电偶测到的实际温度值，最终在LED数码管上显示。2.1 方案论证设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。方案一：集成热电偶信号转换器MAX667方案MAXIM公司新开发出一种 K型热电偶信号转换器(IC)MAX6675，该转换器集信号放大、冷端补偿、AD转换于一体，直接输出温度的数字信号，使温度测量的前端电路变得十分简单。该方案所用到的元器件很少，只有几个器件，所以设计方案简单，成本较

10、低。方案只有四个部分，即热电偶部分，MAX6675芯片部分，单片机部分和LED显示部分。从左至右清楚明了，具体方案框图见图2.1。图2.1 测温整体方案一框图方案二：热电偶冷热端分测方案见图2.2.本方案由AD590集成温度传感器测量冷端温度T0，由热电偶测量热端温度T。它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，在通过二次查表法计算出实际温度值。此值送4位共阴极LED数码管显示。第 2页大学课程设计说明书图2.2 测温整体方案二框图2.2 方案比较由于方案一涉及的电路比较简单，但该方案采用的芯片集信号放大

11、、冷端补偿、AD转换于一体，这使得该信号的放大，冷端补偿，和数模转换的可调性很差，无法适应各种各样不同的复杂的温度测量环境，难以进行温度温差的调节。而方案二采用模块化设计把各个模块分离开，使得设计的测温系统适应性很强，可以随时改变各个模块的一些硬件的参数和各个结构而适应不同的复杂测温环境，并且测量的精度也高于方案一。因此设计采用了方案二。第 3页大学课程设计说明书3 单元模块设计为使该模块化热电偶测温系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括冷端采集和补偿电路模块、热端放大电路模块、单片机模块，A/D转换模块，LED显示模块等。3.1 冷端采集和补偿电路模块冷端采集和

12、补偿电路运用AD590温度传感器采集冷端温度，并连接补偿电路进行温度补偿，如图3.1图3.1冷端采集和补偿电路3.1.1 AD590介绍AD590是美国模拟器件公司生产的恒流源式模拟集成温度传感器，它兼有集成恒流源和温度传感器的特点，具有测量温度误差小，动态阻抗高，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等优点，适合远距离测温，控温，不需要线性校准的特点。1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：Ir=1mA/K （3.1） T式中： 流过器件（AD590）的电流，单位为mA；第 4页大学课程设计说明书T热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为-55+15

13、0。3、AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流也不会被损坏。4、输出电阻为710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为±0.3。其性能特点：AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。其内部电路见图3.1所示。 芯片中的R1和R2是采用激光 修正的校准电阻，它能使+25下的输出电流恰好微298.2uA。首先有晶体管VT8和VT11产生与热力学温度成正比的电压信号。，在通过R5,R6把电压信号转换微电流信号，为保证有良好的温度特性，R5,R6的电阻温度系数应非常小，这里采用激光

14、修正的SiCr薄模电阻，其电阻温度系数低，VT10的集电极电流能够跟随VT9和VT11的集电极电流的变化，使总电流达到额定值。R5和R6也需要在25的标准温度下校准。AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗>10MW，能大大减小因电源电压波动而产生的测量误差，例如，当电源电压从5V变化到10V时，所引起的电流最大变化量仅为1uA，等价于1的测温误差。AD590的工作电压为+430V，测温范围是-55+150，对应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1uA.其输出电流Io（uA）与热力学温度T（K）严格成正比。电流温度系数K1的表达式为： K1=变化1mA，相当于温度变化1K。A

15、D590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接T=qR8 （3.2） 因此，输出电流的微安数就代表着被测量温度的热力学温度值。热力学温标（K）与摄氏温标（）的换算关系如式3所示：T()=T(K)-273.15 （3.3）第 5页大学课程设计说明书3.1.2冷端采集和补偿电路分析AD590只需单电源工作，抗干扰能力强，要求的功率很低。输出电流值是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。接着补偿电路进行工作。1、AD590的输出电流I=（273+T）A（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（27

16、3+T）A×10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V 。3、接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10， 如果现在为摄氏28，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换 输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。 注意事项：1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25而言，输出值为10K×29

17、8A=2.98V 2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。3.2 热端放大电路模块图3.2 热端放大调理电路热电偶的热端放大电路如图3.2所示。热电偶的热端接入到INP口，然后进行一系列的调试放大。本系统应用K型热电偶，导热系数测定过程中通常温度范围小于100，为保证测量精度，热电偶线性化软件我们每隔5分一段，并且精确到小数点后两位。硬件调理电路截取K型热电偶100的热电势4.095mv作为输入满量程，放大到5V，提供给AD转换器，要求调理电路放大倍数达1200多倍，为此我们选取高精度运算放大器MC33078，构成两第 6页大学课程设计说明书级运算放大器，每级放大倍数小于40倍，。

18、MC33078除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，利用动态校零技术消除了CMOS器件固有的失调和漂移，所以常被应用于热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的电路中。3.3 A/D转换器ADC0809ADC0809是一种8路模拟输入逐次比较型A/D转换器，由于价格适中，与单片机的接口、软件操作均比较简单，目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。片内由8路模拟多路开关、地址锁存器与译码器、8为A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成。如图3.3是本设计中ADC0809的部分连接图。图3.3 ADC0809引脚图引脚功能如下：1、2-82-1

19、八根数据三态输出端，IN0-IN7为八根单片模拟量输入端； 2、A1-A3:三根地址译码输入端，以选择8路模拟量输入通道中的一路； 3、五根转换逻辑控制信号端：START:A/D转换启动信号输入端，可用来作片选信号端； EOC：转换结束信号输入端，可用作中断申请信号；ALE: 地址所存允许输入端，用作多路开关的使能信号O.E：输出允许输入端，用来打开三态数据输出锁存器，以输出当前的A/D转换数 CLK：时钟信号输入端，用它产生ADC0809的内部各种定时信号。 4、四根供电输入端：ref(+)正参考电压输入端；ref(-)负参考电压输入端；VCC为供电电压输入端，一般需要+5V；GND为接地端

20、。第 7页大学课程设计说明书ADC0809芯片可以分时处理8路模拟量输入信号,使用模拟开关切换。在某一时刻,模拟开关只能与一路模拟量通道接通,对该通道进行A/D转换。当地址所存信号ALE为高电平时, A1-A3三条线上的数据送入ADC0809内部的地址锁存器中,经过译码器译码后选中某一通道。当ALE=0时,地址锁存器处于锁存状态,模拟开关始终与刚才选中的输入通道接通。选中通道的模拟量到达A/D转换器时,A/D转换器并未对其进行A/D转换。只有当转换启动信号端START出现下降沿并延迟Teoc(8c1+2uS)后,才启动芯片进行A/D转换,START的上升沿复位ADC0809。转换过程是在时钟信

21、号的协调下进行的。ADC0809的时钟信号由CLOCK端送入,其最高频率为640MHz,在这个最高频率下ADC0809的A/D转换时间为100uS左右。当ADC0809用于AT89C51单片机系统时,若AT89C51采用6MHz的晶振,则ADC0809的时钟信号可以由AT89C51的ALE经过一个二分频电路获取。这时ADC0809的时钟频率为500KHz,A/D转换时间为130uS。A/D转换结束后,A/D转换的结果(8位数字量)送到三态锁存输出缓冲器,此时A/D转换结果还没有现在2-82-1八条数字量输出线上,单片机不能获取之。单片机要想读到A/D转换结果,必须使ADC0809的允许输出控制

22、端OE为高电平,打开三态输了锁存器,A/D转换结果出现在2-82-1输入模拟量ALECBA锁定STARTEOCOEDATA图 3.4 ADC0809的读、写、启动以及A/D转换时序图 DATA图3.4中EOC为转换结束输出信号。在A/D转换期间,EOC维持高电平,当A/D转换结束时,EOC变成高电平。ADC0809的START端收到下降沿后,并不立即进行A/D转换,EOC=1,而是延迟10uS后,才开始A/D转换,EOC变为低电平。3.4 单片机模块AT89C51单片机DIP封装及引脚图如图3.5。管脚说明参见表3.1。 性能指标和特点：AT89C51单片机的主要性能指标和特点：第 8页大学课

23、程设计说明书1、与MCS-51 兼容 2、全静态工作：0Hz-24Hz 3、三级程序存储器锁定 4、128*8位内部RAM5、32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9、低功耗的闲置和掉电模式图3.5 AT89C51单片机DIP封装及管脚表3.1 管脚描述第 9页大学课程设计说明书A/D转换器输出的为BCD码，2-12-8口不是总线式的。因此，单片机只能通过并行I/O接口或扩展I/O口与其相接。还可以通过单片机的P1口直接与其连接。如图3.6所示.第 10页大学课程设计说明书图3.6 A/D芯片与单片机连接图EOC是A/D转换结束的输出标志信号。89

24、C51读取A/D转换结果可以采用中断方式或查询方式。采用中断方式，EOC端与89C51外部输入端INTO或INT1相连，采用查询方式是EOC端可直接接入89C51的任一I/O口线。3.5 LED显示模块在显示电路中采用4位共阴极LED静态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。缺点是使用元件多，线路比较复杂。共阴极LED数码管显示电路如图3.7。第 11页大学课程设计说明书 图3.7 LED显示电路第 12页大学课程设计说明书4 软件设计该热电偶测温仪的软件用C语言编

25、写，采用模块化结构设计。考虑到实际中有时需要对测温的上下限值进行修改，或者是在测温之初检验该设备是否能够正常显示或运行，故在设计中可以根据需要加入键盘。4.1主程序主程序设计当中，主程序开始，先进行初始化，接下来先后调用A/D转换子程序、线性化标度变换子程序。最后通过LED显示所测得温度值。主程序流程图如图4.1图4.1 主程序流程图4.2 A/D转换子程序 图3.1 主程序流程图A/D转换子程序流程图如图4.2。在该子程序中，首先对ADC0809的采样进行A/D转换，之后判断A/D转换是否完成，如果没有完成，则返回A/D转换，直到转换完成后，再进行数字滤波。待数字滤波后，将码值NX送到单片机

26、缓冲单元存储，等待下一步线性化子程序调用该码值。第 13页大学课程设计说明书图4.2 A/D转换子程序流程图在工业测量中，被测对象所处环境往往十分恶劣，常存在电场、磁场、噪声等干扰，图3.2 A/D转换子程序流程图使采样值偏离真实值。所以，在软件设计中，还需要一组滤波程序，对多次采样信号构成的数据系列进行平滑加工，以提高其有用信号在采样值中所占比例，减少乃至消除各种干扰及噪音，以保证系统工作的可靠性。一般在温度测量系统中采用限幅法或者限速法。限幅滤波是把两次相邻的采样值相减，求出增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大差值（由被控对象的实际情况决定）Y进行比较，若小于或等于Y，则取本次采

27、样；若大于Y，则仍取上次采样值作为本次采样值。而限速滤波法是一种折衷的方法，它利用最多3次采样值比较，决定采样结果。其方法是：当|Y(2)-Y(1)|> Y时，不像限幅滤波那样，用Y(1)作为本次采样值，而是再采样一次，取得Y(3),然后根据|Y(3)-Y(2)|与Y的大小关系来决定本次采样值。其具体判别方式如下。设顺序采样时刻t1、t2、t3所采集的参数分别为Y(1)、Y(2)、Y(3)，那么 当|Y(2)-Y(1)|Y时，则取Y(2)存入RAM当|Y(2)-Y(1)|Y时，则不采用Y(2)，但仍保留，继续采样取得Y(3) 当|Y(3)-Y(2)|Y时，则取Y(3)存入RAM当|Y(3

28、)-Y(2)|Y时，则取|Y(2)-Y(1)|+ |Y(3)-Y(2)|/2输入计算机。 在本设计中采用限速滤波法。程序流程图如图4.3。第 14页大学课程设计说明书图4.3 限速滤波子程序流程图4.3 线性化标度变换子程序一般测温仪表所采用的线性化方法大致有以下几种：1、计算方法：即先用数学上的曲线拟合方法对热电势和对应温度进行拟合，得出误差最小的近似表达式T=f(e)。为简化起见，常常是分段表达式，然后用计算程序进行分区计算得到温度。2、直接查表法：对分度表不经处理，直接按一定的排列形式存入，用测得的A/D转换值靠软件搜索来查得相对应的温度值。3、数据压缩法：即将分度表进行压缩处理，减少数

29、据表字节数，通过软件的适当计算得出所测温度。以上几种方法虽然都有其各自的优点，但它们所占的字节数，对把十几种分度好的线性修正数据或公式放入有限的单片机内存中，都是很困难的。本设计采用分段直线拟合方法，既节省大量存储器，又有很高的测量精度，程序流程图如图4.4。第 15页大学课程设计说明书图4.4 线性化标度变换子程序流程图基本原理是：预先根据分度值表计算出A/D转换值所对应折点的温度值T0、T1TN，形成数据表，单片机进行修正时，根据测量值的大小，找到合适的修正直线段两个端点温图3.4 线性化标度变换子程序流程图度值，通过简单直线方程计算出被测温度。光进行线性化还不够的，还需要进行标度变换。在

30、该热电偶测温仪表中，需要将测量的温度通过热电偶转换成0+5V的电压信号，再将对应的电压信号经A/D转换，转换成对应的00FFH（8位）的数字量DX。之后还需将DX值滤波，滤波后的码值为NX,最后在现行化程序进行过程中，将转换成实际测量温度的显示码值。在这个信号转换过程，就是标度变换。线性化标度变换的前提是被测量参数值与A/D转换结果为线性关系。线性标度变换的公式为：NX-N0(4.1) AX=(A-A)+A0M0NM-N0该式是线性化标度变换的通用公式。式中，A0:一次测量仪表的下限；AM:一次测量仪表的上限；第 16页大学课程设计说明书AX:实际测量值（工程量）； N0:仪表下限所对应的数字

31、量 NM:仪表上限所对应的数字量； NX:测量值所对应的数字量其中， 、 、 、N 对于某固定的被测量来说是常数，不同的参数有着不同的值。为了A0NA使程序设计简单，一般把一次测量仪表的下限所对应的A/D转换值置为0。这样式(4.1)也可以写成：N(4.2) AX=(AM-A0)X+A0NMXM当仪表下限值 =0 =0，进一步将式(4.2)简化为： A0，此时，对应的N0(4.3) N XAX=AM+A0NM或者是NX=AX-A0NMAM-A0(4.4)第 17页大学课程设计说明书5 系统调试本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对

32、各电路模块功能进行逐级测试：冷端采集和补偿电路模块、热端放大电路模块、单片机模块，A/D转换模块，LED显示模块等，最后将各模块组合后进行整体测试。5.1调试软件介绍本设计调试主要用到两种软件：ISIS和Keil C515.1.1 ISIS简介Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点：(1)全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。(2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态

33、仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。(3)目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。电源电路的调试5.1.2 Keil C51简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性

34、上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。5.2硬件调试对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。第 18页大学课程设计说明书5.3软件调试用Keil C软件编写下位机的程序，将编好的程序进行调试，运用Keil C可以检查语法错误。对设计好的硬件电路还可以运用ISIS仿真软件进行

35、仿真调试，并可以运用ISIS和Keil C进行联合仿真调试。 ISIS与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，也能仿真单片机CPU的工作情况。因此在仿真和程序调试时，是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲ISIS仿真，基本接近与工程应用。本次能在ISIS上进行调试的主要是LED显示模块，下面为LED点阵动态变化0-9调试程序#include<reg51.h>#include<stdio.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned ch

36、aruchar code tab=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x00;/0-9,-,全灭 unsigned char send4;void delay_50ms(unsigned int t) unsigned int j;for(;t>0;t-)for(j=6000;j>0;j-);void series(void)short i;TI=0;for(i=0;i<4;i+)SBUF=sendi;while(!TI);TI=0;main() uchar h,j,m;/IE=0x00;while(1)SCO

37、N=0x00;for(h=0;h<11;h+)第 19页大学课程设计说明书m=h;for(j=0;j<4;j+) if(m=10)m=0;sendj=tabm+; series(); delay_50ms(10); h=0; 5.4硬件软件联调将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。第 20页大学课程设计说明书6系统技术指标及精度和误差分析随着各种高精度传感器的应用与普及，这一技术在科学研究，生产过程等领域中发挥着越来越重要的作用。人类步入信息社会的今天，人们对信息的提取，处理，传输以及综合利用等要求愈加高。镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，

38、其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-2001300完全满足设计的要求（测温范围为0 +400）。设计也能达到测温分辨率为±0.1的要求。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。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。K型热电偶在250600范围内使用时，由于其显微结构发生变化，形成短程有序结构，因此将影响热电势值而产生

39、误差，这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化，当WCr在5%30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差，因Cr含量及温度的不同而变化。一般在800以上短时间热处理，其热电特性即可恢复。由于K状态的存在，使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序：由低温向高温逐点升温检定。而且在400检定点，不仅传热效果不佳，难以达到热平衡，而且，又恰好处于K状态误差最大范围。因此，对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象，不仅存在于K型，而且，在E型热电偶正极中也有此现象。但是，作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之，K状态与温度、时间有关，当温度分布或热电

40、偶位置变化时，其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。第 21页大学课程设计说明书7设计小结本次设计是基于热电偶的温度测试仪设计，该测温仪是以AT89C51单片机为核心，由AD590集成温度传感器测量冷端温度T0，由热电偶测量热端温度T。它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，在通过以上介绍的二次查表法计算出实际温度值。此值送4位共阴极LED数码管显示。另外还可以采用X25045作为看门狗芯片。在运算处理上，除了需要对采集到的信号进行A/D转换外，还需要在AT89C51单片机里对信号进行线

41、性化标度变换。这一过程通过软件实现。它适用于环境控制建筑物设备、机械内的温度检测、过程监视和控制中的温度检测、恒温控制工业系统、消费类产品温度计以及任何热敏系统。最后我们实现了设计的要求的技术指标：（1）测温范围 0 +400；（2） 分辨率 ±0.1；该系统也适合于楼宇等建筑物室内、过程监视和控制中的温度检测、恒温控制工业系统、恒温控制农业系统。第 22页大学课程设计说明书8总结与体会 本次我们选作的课题是基于热电偶的温度测试仪设计，本次课程设计是一次比较正规且全面的训练。经过这次的课程设计，我们确实学到了很多知识，它涉及到硬件及软件方面的统一。使我们更加好的了解到学好专业知识的重

42、要性，也真正的感受到了理论联系实际的重要性，既加强了我们动手能力也锻炼了我们思考并解决问题的能力。在这次课程设计的整个过程中，我们做了一次全面、较规范的设计练习，全面地温习了以前所学过的知识，用理论联系实际并结合单片机原理课程和解决实际问题，巩固、加深和扩展了有关单片机设计方面的知识。尤其重要的是让我们养成了科学的习惯，在设计过程中一定要注意掌握设计进度，按预定计划完成阶段性的目标，在底图设计阶段，注意设计计算与结构设计画图交替进行，采用正确的设计方法。在整个设计过程中注意对设计资料和计算数据的保存和积累，保持记录的完整性。在课程设计的实践中进行了设计基本技能的训练，掌握了查阅和使用标准、规范

43、、手册、图册、及相关技术资料的基本技能以及计算、数据处理等方面的能力。通过对通用89C51单片机机处理器、常用元器件的设计，掌握了一般单片机设计的程序和方法，让我们对整个单片机程序的设计，C51语言有了一个比较深的理解。还有就是增强了自身的动手能力，把以前书本上讲的或是没有讲的，通过一次课程设计具体的实施，使自己真正得到锻炼，对于以后我们的发展与学习来说，都可以看作一笔不小的财富，前面还有很多需要我们去尝试。做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。在做

44、课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，只有在充分的分工合作中才可以事半功倍做到最好，所以必须发扬团结协作的精神。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。有了这次的设计经验，相信在以后的学习设计实践过程中，我们可以做到更好。最后，感谢谷超豪教授对我们的指导和帮助。第 23页大学课程设计说明书9参考文献1 方彦军. 孙健.智能仪器技术及其应用M.北京：化学工业出版社， 2004.042 张毅刚 彭喜元 姜守达 乔立岩. 新编MCS-51单片机应用设计M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.023 何立民.单片机应用技术选编M.北京：北京航空航天大学出版社，1996.024 谢自美.电子线路设计、实验、测试M.武汉：华中科技大学出版社 ，200