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冷端补偿、线性化及数字化等几个部分,实际应用中,由于中间环节较多,调试较为困难,系统的抗干扰性能往往也不理想。
MAXIM公司推出的MAX6675,它是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,可以直接与单片机接口,大大简化系统的设计,保证了温度测量的快速性与准确性。故在本设计中,为简化系统电路设计采用芯片MAX6675作为热电偶电势与温度的转换。
3221MAX6675芯片
MAX6675是具有冷端补偿和AD转换功能的单片集成K型热电偶变换器,测温范围0℃~1024℃,温度范围满足本台电炉的温度需要,其主要功能特点如下:
1直接将热电偶信号转换为数字信号;2具有冷端补偿功能;3简单的SPI串行接口与单片机通讯;412位AD转换器、025℃分辨率;5热电偶断线检测;(6)工作温度范围20℃~85℃。
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f3222MAX6675的测温原理
MAX6675是一个复杂的单片热电偶数字转换器,其内部结构主要包括:低噪声电压放大器A1、电压跟随器A2、冷端温度补偿二极管、基准电压源、12位AD转换器、SPI串行接口、模拟开关及数字控制器。
其工作原理如下:K型热电偶产生的热电势,经过低噪声电压放大器A1和电压跟随器A2放大、缓冲后,得到热电势信号U1,再经过S4送至ADC。对于K型热电偶,电压变化率为41μV℃,电压可由如下公式来近似热电偶的特性。
上式中,U1为热电偶输出电压(mV),T是测量点温度,T0是周围温度。在将温度电压值转换为相应的温度值之前,对热电偶的冷端温度进行偿,冷
端温度即是MAX6675周围温度与0℃实际参考值之间的差值。通过冷端温度补偿二极管,产生补偿电压U2经S4输入ADC转换器。
在数字控制器的控制下,ADC首先将U1、U2转换成数字量,即获得输出电压U0的数据,该数据就代表测量点的实际温度值T,这就是MAX6675进行冷端温度补偿和测量温度的原理。
3223MAX6675与单片机的连接
K型热电偶
图33MAX6675与单片机的连接
MAX6675有五个引脚,脚(T)接热电偶负极,脚(T)接热电偶正极,脚(SCK)串行时钟输入端,脚(CS)片选端,使能启动串行数据通讯,脚(SO)串行数据输出端。
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f33输入输出接口设计
键盘和显示电路实现了人机交互功能,通过键盘电路可以设置系统运行状态和系统参数(P、I、D和保温时间),显示电路可以显示系统的运行状态、控制时间、设定温度、实际温度等。该温度控制系统采用7段高亮LED数码管(红色)显示系统的设置参数、保温时间及实际温度值等。总计13数码管和3个发r
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