基于单片机系统的多功能温度测量仪的设计

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3.0 李琳琳 2024-10-12 5 4 715.57KB 5 页 15积分

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基于单片机系统的多功能温度测量仪的设计

摘要：本文设计的多功能温度测量仪是以 MCS-51 单片机系统和传统的温度检测元件热电偶相结合的温度测量系统，本文

对其实现方案进行了系统的设计，并对其模拟信号的输入输出电路进行分析和设计，并对系统进行了误差产生原因的分析。

关键词：温度测量；热电偶；冷端温度；单片机

1.引言

热电偶是计量技术中最常用的温度传感器，它的应用在生产技术和测量科学上曾引起跨时代的变革。

热电偶结构简单、容易制造、价格便宜、准确度高、测温范围广。目前在大量的热工仪表中，热电偶作为温

度传感器，已经得到了广泛的使用[1-2]。本文研究的多功能温度测量仪是以 MCS-51 单片机系统和传统的温

度检测元件-热电偶相结合的温度测量系统，本仪器的数学模型和测量原理简单，选用精密测量元器件和

抗干扰、低温漂的精密电子元件。

2.系统设计方案

系统总体设计如图 1 所示。整个仪器除感温元件热电偶外，主要还由两级放大电路、数据转换电路

(A/D 和 D/A 转换)、单片机、键盘显示电路、时钟电路、通讯电路等组成。感温元件热电偶检测温度后，将温

度信号转变成电压信号，由于热电偶的输出电压非常小，因此必须经过放大后才能进行 A/D 转换。电压信

号经过 A/D 转换后变成数字信号，由单片机进行数据处理及进行相应的显示。本系统在数据处理上速度要

求不是很高，8 位单片机即可。因此，选用 MCS-51 系列单片机。考虑到功耗问题(如：8051 功耗为 630mw，

而 80C51 为 120mw)本系统选用 CHMOS 工艺的芯片。又因本系统需要处理数量较大的数据，程序占用空间也

较大，而对定时器/计数器和中断源的数量要求不多。结合现有的单片机开发系统(伟福仿真器 E6000)，本

系统选用 80C51 系列的 8OC31[3]。

图 1 系统示意图

3 信号输入部分设计

3.1 信号输入部分总体设计

热电偶输出的是模拟信号，通过两级放大电路将微弱的电压信号放大为 A/D 转换器所需求的输入电

压。由于单片机只能处理数字信号，故需对这些信号进行 A/D 转换变为数字信号。该部分主要由一片单片

集成测量放大器 ICL7650 和一片 OP07 来实现两级放大；而冷端补偿部分由集成温度传感器 AD590 和两片

OP07 构成；两片 8 选 1 的模拟开关 CD4051 将输入信号和冷端补偿信号引入；采用一片 AD1674 将输入的模

拟信号转变为数字信号送入单片机 80C31。输入部分模块如图 2。

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摘要：

基于单片机系统的多功能温度测量仪的设计摘要：本文设计的多功能温度测量仪是以MCS-51单片机系统和传统的温度检测元件热电偶相结合的温度测量系统，本文对其实现方案进行了系统的设计，并对其模拟信号的输入输出电路进行分析和设计，并对系统进行了误差产生原因的分析。关键词：温度测量；热电偶；冷端温度；单片机1.引言热电偶是计量技术中最常用的温度传感器，它的应用在生产技术和测量科学上曾引起跨时代的变革。热电偶结构简单、容易制造、价格便宜、准确度高、测温范围广。目前在大量的热工仪表中，热电偶作为温度传感器，已经得到了广泛的使用[1-2]。本文研究的多功能温度测量仪是以MCS-51单片机系统和传统的温度检测元...

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