内容发布更新时间 : 2024/11/17 2:30:17星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便。

采用热电阻传感器设计测温电路，需要设计恒流源、冷端补偿电路、线性校正电路、放大电路、A/D转换电路，过程比较繁琐，集成度低，并且各个电路存在偏差，这些偏差经过多级电路后形成较大误差，严重影响测量温度值。为了电路简洁方便集成度高，减小误差，本次测温电路选用K型热电偶，配合MAX6675完成测温系统。热电偶是工业中常用的温度测温元件，具有如下特点：

① 测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响； ② 热响应时间快：热电偶对温度变化反应灵敏； ③ 测量范围大：热电偶从 -40+ 1600℃ 均可连续测温； ④性能可靠， 机械强度好； ⑤ 使用寿命长，安装方便；

但是，K型热电偶须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设。MAX6675 是美国MAXIM公司生产的带有冷端补偿、线性校正、

热电偶断线检测的串行K型热电偶模数转换器,，即一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、AD转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。将K型热电偶和MAX6675结合使用，电路集成度高，简洁很多，减小误差。因此，本次电路设计选用K型热电偶。

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三、硬件介绍

3.1、K型热电偶

3.1.1 K型热电偶概况

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。

图3：K型热电偶

3.1.2 热电偶传感器测温原理

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

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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失去电子而显正电，导体B获得电子而显负电。因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电子向相反方向运动，使从B到A的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高，导体中的电子就越活跃，由A导体扩散到B导体的电子就越多，接触面处所产生的电动势就越大，即接触电势越大。

3.2、MAX6675

3.2.1 MAX6675概况

热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单、制造容易、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领域时，却存在着以下几方面的问题。

①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，因此在应用时必须进行线性化处理。

②冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需要进行冷端补偿。

③ 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

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作为模拟小信号测温元件的热电偶显然无法直接满足这个要求。

因此, 若将热电偶应用于嵌入式系统时, 须进行复杂的信号放大、AD转换、查表线性化、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。如果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。

4.2.2 MAX6675性能及结构

Maxim公司新近推出的MAX6675是一复杂的单片热电偶数字转换器, 内部具有信号调节放大器、12位的模拟数字化热电偶转换器、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。MAX6675内部集成有冷端补偿电路；带有简单的3位串行SPI接口；可将温度信号转换成12位数字量，温度分辨率达0.25℃；内含热电偶断线检测电路。冷端补偿的温度范围-20℃～80℃，它的温度分辨能力为0. 25 ℃，可以测量0℃～1023.75℃的温度，工作电压为3. 0～5. 5V。 MAX6675的主要特性如下： ①简单的SPI串行口温度值输出； ②0℃～+1024℃的测温范围； ③12位0.25℃的分辨率； ④片内冷端补偿； ⑤高阻抗差动输入； ⑥热电偶断线检测； ⑦单一+5V的电源电压；

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⑧低功耗特性；

⑨工作温度范围-20℃～+85℃； ⑩2000V的ESD信号。

该器件采用8引脚SO帖片封装。引脚排列如图4所示，引脚功能如下表所列。

图4：MAX6675引脚排列

MAX66475引脚功能如下表所示： 引 脚 1 2 3 4 5 6 名 称 GND T- T+ VCC SCK CS 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 片选端，CS为低时、启动串行接口 专业知识整理分享