摘要：介紹了一種基于EDA技術(shù)的熱電偶實(shí)驗(yàn)裝置。本系統(tǒng)以ispPAC和單片機(jī)為核心電路，輔以高精度A/D轉(zhuǎn)換器件及LED顯示器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量及數(shù)字顯示。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、集成度高、靈活性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)成本低等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：熱電偶, ispPAC，單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器

    單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器及顯示驅(qū)動(dòng)的接口電路如圖4所示。單片機(jī)采用ATMEL公司的增強(qiáng)型芯片AT89C51；A/D轉(zhuǎn)換器采用具有高分辨率、低漂移、價(jià)格低廉的∑﹣△結(jié)構(gòu)集成電路 AD7705；顯示驅(qū)動(dòng)選用Maxim公司的高集成化串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219 ，每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管。

    被ispPAC10放大了的電動(dòng)勢(shì)從圖3的OUT4輸出，從AD7705的差分輸入通道2的AINI+和AINI-輸入。AD7705的基準(zhǔn)電壓由5V電源電壓和兩個(gè)電阻R1、R2產(chǎn)生，產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為2.38V，即器件的可編程增益設(shè)定為1的滿標(biāo)度輸入幅度是2.38V。AT89C51的P2.7腳和AD7705的端口DRDY相連用以軟件查詢DRDY線的狀態(tài)，當(dāng)這個(gè)輸出端上出現(xiàn)低電平表示可從AD7705的數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)。AT89C51配置成串行接口方式0模式，AD7705的串行時(shí)鐘輸入端SCLK所需的時(shí)鐘信號(hào)由TXD引腳上輸出的同步移位脈沖產(chǎn)生，在SCLK信號(hào)的作用下，從AD7705片內(nèi)輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由DOUT輸出到AT89C51。在數(shù)據(jù)被保存在內(nèi)存中后，單片機(jī)緊接著對(duì)DS18B20操作以讀取溫度，然后將表示電壓和溫度的數(shù)據(jù)在單片機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換成BCD碼，最后由P1.4腳串行輸入到MAX7219。MAX7219的操作代碼“09H”選中操作數(shù)為“0FFH”,即使用BCD譯碼方式，由MAX7219驅(qū)動(dòng)六位7段碼顯示器分別顯示溫度和電動(dòng)勢(shì)值。

圖4 接口電路圖

2.5實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

    采用傳統(tǒng)平衡補(bǔ)償法，通過(guò)高精密度電阻和檢流計(jì)在室溫27℃條件下測(cè)得一組數(shù)據(jù)（其計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）如下：

    在上述同等條件下，使用同一熱電偶裝置，由LED顯示的溫度值和溫差電動(dòng)勢(shì)值如下表：

    對(duì)以上兩組數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘法擬合，可以得出傳統(tǒng)方式下的溫差電系數(shù)C=0.0237mv/℃，而本裝置測(cè)量數(shù)據(jù)的溫差電系數(shù)C=0.0238mv/℃。由此得出,作為一個(gè)熱電偶測(cè)量設(shè)備，后者其精度、準(zhǔn)確度已經(jīng)能滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。

3  結(jié)束語(yǔ)

    和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法相比，本實(shí)驗(yàn)儀具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)測(cè)量、讀數(shù)的數(shù)字化，實(shí)驗(yàn)原理及物理概念清晰。

2）ISP電路可以重復(fù)編程利用，系統(tǒng)功能則可以利用單片機(jī)軟件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，整體實(shí)驗(yàn)成本低廉。

3）由于單片機(jī)工作頻率為11.0592MHZ，考慮A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間,溫度和溫差電動(dòng)勢(shì)的讀數(shù)相隔時(shí)間以毫秒記，相比在補(bǔ)償法中的由人工讀水銀溫度計(jì)和電動(dòng)勢(shì)的精度要高得多。

    本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，獲得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，其原理也可以運(yùn)用到需要較精確測(cè)量和控制較高溫度的場(chǎng)合。

    本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：解決了傳統(tǒng)熱電偶實(shí)驗(yàn)中存在的過(guò)程復(fù)雜、原理不直觀、儀器誤差較大、實(shí)驗(yàn)成本高等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)證明以ispPAC和單片機(jī)為核心的熱電偶實(shí)驗(yàn)儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量及數(shù)字顯示，具有穩(wěn)定性好、集成度高、靈活性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)成本低等特點(diǎn)。其原理可以應(yīng)用到大學(xué)物理其它相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李輝. ISP系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)入門(mén)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社. 2002.2. P 23—P25.
[2] 張毅剛, 彭喜源. MCS—51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 1997.7. P 210—P212.
[3] 李秀梅,李學(xué)華. 以CPLD為控制核心的16位高精度數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)[J] 半導(dǎo)體技術(shù). 2003.5. VOL28(5) P54～P56.
[4] 楊振江,孫占彪. 智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應(yīng)用[M]. 西安電子工業(yè)出版社. 2002.12. P127～P150.
[5] 張景春, 候國(guó)強(qiáng), 唐瑞尹, 孫艷彬. 單片機(jī)測(cè)控技術(shù)在平板導(dǎo)熱系數(shù)儀研制中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息.2005(5).