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1、单片K型热电偶放大与数字变换器MAX6675解读单片K型热电偶放大与数字变换器MAX6675大纲：MAX6675是Maxim公司推出的拥有冷端补偿的单片K型热电偶放大器与数字变换器。文中介绍器件的特点、工作原理及接口时序，并给出与单片机的接口电路及温度读取、变换程序。要点词：热电偶放大器冷端补偿数字输出热电偶作为一种主要的测温元件，拥有结构简单、制造简单、使用方便、测温范围宽、测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统率域时，却存在着以下几方面的问题。非线性：热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系，所以在应用时必定进行线性化办理。冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0时
2、与测量端的电势差值，而在实质应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。数字化输出：与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。所以，若将热电偶应用于嵌入式系统时，须进行复杂的信号放大、A/D变换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。若是能将上述的功能集成到一个集成电路芯片中，即采用单芯片来完成信号放大、冷端补偿、线性化及数字化输出功能，则将大大简化热电偶在嵌入式领域的应用设计。Maxim公司新近推出的MAX6675即是一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D变换器及SPI串口的热电偶放大器与数字变换器。
3、1 性能特点/MAX6675的主要特点以下：简单的SPI串行口温度值输出；0+1024的测温范围；12位0.25的分辨率；片内冷端补偿；高阻抗差动输入；热电偶断线检测；单一+5V的电源电压；低功耗特点；工作温度范围-20+85；2000V的ESD信号。该器件采用8引脚SO帖片封装。引脚排列如图1所示，引脚功能如表1所列。表1MAX6675引脚功能名称引脚GND接地端1T-K型热电偶负极2T+K型热电偶正极3VCC正电源端4SCK串行时钟输入5CS片选端，CS为低时、启动串行接口6SO串行数据输出7N.C.82 工作原理空引脚MAX6675的内部结构如图2所示。该器件是一复杂的单片热电偶数字变换
4、器，内部拥有信号调治放大器、12位的模拟/数字化热电偶变换器、冷端补偿传感和校正、数字控制器、1个SPI兼容接口和1个相关的逻辑控制。图2MAX6675内部结构框图2.1温度变换MAX6675内部拥有将热电偶信号变换为与ADC输入通道兼容电压的信号调治放大器，T+和T-输入端连接到低噪声放大器A1，以保证检测输入的高精度，同时使热电偶连接导线与搅乱源隔断。热电偶输出的热电势经低噪声放大器A1放大，再经过A2电压随从器缓冲后，被送至ADC的输入端。在将温度电压值变换为相等价的温度值从前，它需要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实质参照值之间的差值。对于K型热电偶，
5、电压变化率为41V/，电压可由线性公式Vout=(41V/)(tR-tAMB)来近似热电偶的特点。上式中，Vout为热电偶输出电压（mV），tR是测量点温度；tAMB是周围温度。2.2冷端补偿热电偶的功能是检测热、冷两端温度的差值，热电偶热节点温度可在0+1023.75范围变化。冷端即安装MAX6675的电路板周围温度，比温度在- 20+85范围内变化。当冷端温度颠簸时，MAX6675还可以精确检测热端的温度变化。图3MAX6675SO端输出数据的格式MAX6675是经过冷端补偿检测和校正周围温度变化的。该器件可将周围温度经过内部的温度检测二极管变换为温度补偿电压，为了产生实质热电偶温度测量值
6、，MAX6675从热电偶的输出和检测二极管的输出测量电压。该器件内部电路将二极管电压和热电偶电压送到ADC中变换，以计算热电偶的热端温度。当热电偶的冷端与芯片温度相等时，MAX6675可获得最正确的测量精度。所以在实质测温应用时，应尽量防备在MAX6675周边放置发热器件或元件，由于这样会造成冷端误差。2.3热补偿在测温应用中，芯片自热将降低MAX6675温度测量精度，误大小依赖于MAX6675封装的热传导性、安装技术和通风收效。为降低芯片自热引起的测量误差，可在布线时使用大面积接地技术提高MAX6675温度测量精度。2.4噪声补偿MAX6675的测量精度对电源耦合噪声较敏感。为降低电源噪声影
7、响，可在MAX6675的电源引脚周边接入1只0.1F陶瓷旁路电容。2.5测量精度的提高热电偶系统的测量精度可经过以下预防措施来提高：尽量采用不能够从测量地域散热的大截面导线；如必定用小截面导线，则只能应用在测量地域，并且在无温度变化率地域用扩展导线；防备受能拉紧导线的机械挤压和振动；当热电偶距离较远时，应采用双绞线作热电偶连线；在温度额定值范围内使用热电偶导线；防备急剧温度变化；在严劣环境中，使用合适的保护套以保证热电偶导线；仅在低平易小变化率地域使用扩展导线；保持热电偶电阻的事件记录和连续记录。2.6SPI串行接口MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与MCU接口，且MAX6675只能作
8、为从设备。MAX6675SO端输出温度数据的格式如图3所示，MAX6675SPI接口时序如图4所示。MAX6675从SPI串行接口输出数据的过程以下：MCU使CS变低并供应时钟信号给SCK，由SO读取测量结果。CS变低将停止任何变换过程；CS变高将启动一个新的变换过程。一个完满串行接口读操作需16个时钟周期，在时钟的下降沿读16个输出位，第1位和第15位是一伪标志位，并总为0；第14位到第3位为以MSB到LSB序次排列的变换温度值；第2位平时为低，当热电偶输入开放时为高，开放热电偶检测电路完满由偶检测器操作，T-必定接地，并使能地址尽可能凑近供MAX6675器件身份码，第0位为三态。MAX66
9、75实现，为开放热电GND脚；第1位为低以提3测温应用下面给出MAX6675应用于嵌入式系统的详尽方法。这里以AT89C2051单片机为例，给出MAX6675与单片机接口构成的测温电路及相应的温度值读取、变换程序。MAX6675为单片数字式热电偶放大器，其工作时无需外接任何的外面元件，这里为降低电源耦合噪声，在其电源引脚和接地端从前接入了1只容量为0.1F的电容。MAX6675与AT89C2051单片机的接口电路如图5所示。由于AT89C2051不具备SPI总线接口，故这里采用模拟实现与MAX6675的接口。其中P1.0模拟SPI的数据输入端（拟SPI的串行时钟输出端SCK，P1.2模拟SPI
10、的从机选择端应的温度值读取程序及数据变换程序。SPI总线的方法来MISO），P1.1模SSB。下面给出相；温度值读取程序；位定义SOBITT1.0；数据输入CSBITP1.1；从机选择SCKBITP1.2；时钟；数据字节定义DATAHDATA30H；读取数据高位DATALDATA31H；读取数据低位TDATAHDATA32H；温度高位TDATALDATA33H；温度低位；读温度值子程序READY：CLRCS；停止变换并输出数据CLRCLK；时钟变低MOVR2，#08HREADH：MOVC，SORLCA；读D15D8高8位数据SETBCLKNOPCLRCLKDJNZR2，READHMOVDATAH，A；将读取的高8位数据保存MOVR2，#08HREADL：MOVC，SO；读D7D0低8位数据RLCASETBCLKNOPCLRCLKDJNZR2，READLMOVDATAL，A；将读取的低8位数据保存SETBCS；启动另一次变换过程RET；数据变换子程序，将读得的16位数据变换为12位温度值，去掉无用的位。
