[电子设计精品] 智能传感器接口模块STIM设计.doc

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1、本科毕业设计（论文）题 目： 智能传感器接口模块 STIM设计 二O一一 年 六 月 一 日智能传感器接口模块STIM设计摘要IEEE 1451标准开发了一种软硬件的连接方案，将智能传感器连接到网络或者用以支持现有的各种网络技术，包括各种现场总线及Internet/Intranet。通过定义一整套通用的通信接口，使传感器在现场级采用有线或无线的方式实现网络连接，大大简化由传感器构成的各种网络控制系统，解决不同网络之间的兼容性问题，并能够最终实现各个厂家产品的互换性和互操作性。本文依据IEEE1451.2标准设计了智能变送器接口模块STIM并实现了即插即用功能。在硬件方面，主要围绕AT89C52

2、展开，设计了传感器模块、信号调理模块、复位电路、存储器电路和电源电路。软件方面，介绍了STIM主体软件结构和实现的功能。在传感器RS232串口和电子数据表格TEDS设计上，首先对RS232串口和TEDS的协议做了一定的介绍和研究。通过硬件和软件两方面的设计，利用调试工具对STIM进行调试，实现了串口的接收发送数据和TEDS下载到片内FLASH的功能 。本次设计为智能变送器接口模块STIM的集成提供了功能验证，为符合IEEE1451标准的智能变送器的研究奠定了基础，为开发各种IEEE1451标准的智能传感器模块STIM提供了范例。关键词：IEEE 1415标准； 智能传感器接口模块； 电子数据表

3、格 Design of a Smart Transducer Interface Module STIMAbstractIEEE 1451 standard has developed a hardware and software connectivity solutions, the intelligent sensor is connected to a network or networks to support various existing technologies, including a variety of field bus and the Internet / Intr

4、anet. By defining a set of common communication interface, so that the sensor at the field level by wire or wireless means to achieve the network connection, greatly simplifying the sensor composed of a variety of network control system, to resolve compatibility issues between different networks, an

5、d can ultimately interchangeability of the various manufacturers of products and interoperability. This article is designed according to IEEE1451.2 standard smart transducer interface module and implements plug and play functionality STIM. On the hardware side, the main focus AT89C52 started to desi

6、gn a sensor module, signal conditioning modules, reset circuits, memory circuits and power circuits. Software, describes the main software architecture and implementation STIM functions. RS232 serial port and the sensor TEDS spreadsheet design, the first TEDS RS232 serial port and protocol to do a c

7、ertain presentation and research. Both the hardware and software design, use of debugging tools to debug STIM to achieve the serial receive and send data downloaded to the on-chip FLASH TEDS functionality. This article is designed according to IEEE1451.2 standard smart transducer interface module an

8、d implements plug and play functionality STIM, smart transducer interface module for the integration of STIM provides functional verification, in order to meet the IEEE1451 standard Smart Transducer laid the foundation for the development of a variety of smart sensor module IEEE1451 standard provide

9、s examples of STIM. Keywords: IEEE 1415 standard ； Intelligent sensor interface module ； Transducer electronic data sheet(TEDS)目 录1 绪论11.1选题的主要目的和意义11.2研究背景11.2.1国内研究状况11.2.2国外研究状况21.3本文的主要内容22 STIM模块总体设计32.1 IEEE1451系列标准概述32.2总体设计思路93 STIM硬件设计与实现123.1硬件设计原则123.2 STIM中芯片的选择123.2.1 CPU(AT89C52)123.2.

10、2锁存器（74HC573）133.2.3存储芯片143.2.4 热电偶数字转换芯片（MAX6675）153.3 ADC功能模块173.3.1 MAX 6675的工作原理与功能173.3.2 MAX6675与AT89C52的接口实现173.4存储模块183.5电源电路193.6串口电路203.7复位电路213.8 STIM硬件电路图224 STIM软件设计234.1 软件总体设计234.2 串口通讯264.3 TEDS下载程序275 程序调试305.1串口调试305.2 TEDS下载程序调试336总结与展望35致谢37参考文献38附录40附录一40附录二411 绪论1.1选题的主要目的和意义智能

11、传感网络技术的发展现状和国际电子电气工程师协会IEEE组织为解决网络化智能传感器接口标准化问题而提出的IEEE 1451系列标准。比较并分析了传统传感网络结构和基于IEEE 1451标准的智能传感网络结构的区别，提出了智能传感器接口模块（STIM）的设计方案。IEEE 1451标准定义了传感器或执行器的软硬件接口标准，为传感器或执行器提供了标准化的通讯接口和软硬件的定义，使不同的现场网络之间可以通过应用IEEE 1451定义的接口标准互连，可以互操作，解决了不同网络之间的兼容性问题，使传感器的厂家、系统集成商和最终用户有能力以低成本去支持多种网络和变送器家族，并且通过简化连线，降低了系统总的消

12、耗。本课题通过对基于智能传感网络结构STIM接口的研究和实现，完成了对传感器的自检测和自配置功能，很好的解决了不同厂商传感器之间的互换性和互操作性，最终实现了传感器网络的通用性和即插即用特性。1.2研究背景1.2.1国内研究状况国内对网络化智能传感器的研究起步比较晚，所掌握的技术也比较落后，但是经过多所科研机构和高校几年来的努力，也已经取得了较好的成绩。合肥工业大学和中科院合肥智能机械研究所利用基于IEEE 1451.1的网络化智能传感器联合研制了具有适当空间分布的10个力觉、6个接近觉、1个距离觉以及1个温度传感器构成的机器人手抓。广东省将设计的网络化智能传感器应用在广东省农业现代化环境因子

13、测控平台中，对影响农业生产和作物生长的主要参数进行监测，并以此为参考对以后的农田建设进行调整1。中国单片机公共实验室BOL的因特网传感器技术在这方面的研究取得了较大的进展。童利标等应用了 IEEE1451的一些突出特点，研制了网络化智能机器人手爪传感器系统，可以通过因特网对手爪的传感器信息和状态进行远程采集和监控 2。另外，国内很多厂家都相继推出了以网络化智能传感器系统为基础的分布式智能家居系统，它将房屋内主要的电器连接于控制总线，总线通过RS232再与微机相连，就可以实现应用程序的下载。这样，户主就可以通过手机或互联网在远程对家用电器进行控制。1.2.2国外研究状况网络化智能传感器的标准最先

14、是由IEEE和NIST提出并撰写的。在IEEE 1451系列标准中详细介绍了网络化智能传感技术的目标、意义、模型、各种标准化的硬件接口、网络适配器的软件服务模型、各种传感模块的TEDS、数据校正技术等等，这些都为网络化智能传感器打下了深厚的理论基础。根据IEEE 1451系列标准，美国NASA的ESE计划中设计了一种名为MODIS的传感器。它具有36个通道，空间分辨率为250-1000m。其数据在地球长期观测、地球环境监测、自然灾害监测方面具有广泛的应用前景和重大意义。目前已有44个MODIS数据产品可以用来进行全球变化研究，即MOD 01国防科学技术人学研究生院学位论文MOD 44。这些产品

15、可分为4部分:辐射率和定位产品(Radiometric and Geo-location Products)、大气产品(Atmosphere Products)、海洋产品(Ocean Products)以及陆地产品(Land Products)。瑞士于20世纪80年代建立了国家土壤环境监测网(NAB)，在全国设立了120个土壤监测点。监测点的选择原则是农用地占50%，森林土壤占30%，其它广泛使用的土壤占20%。从1985年开始监测，其中测定的项目包括 Pb Cu， Cd， Zn， Ni， Cr， Co， Hg和F。除此之外，还测定了土壤PH， CaC03、有机碳、粒度、铁和铝的氧化物、阳离子

16、交换量(CEC)、有效 态 磷和土壤密度等指标。每年以上述指标数据对全国土壤的状况进行评估3。1.3本文的主要内容本文主要负责网络化智能传感器系统中的STIM模块的研究其中主要包括:传感器接口设计，电子数据表格(Transducer Electronic Data Sheet， TEDS )的建立，串行接口的设计。 第一章引言。主要是网络化智能传感器的发展背景、意义及应用，并介绍了国内外的发展现状。 第二章IEEE 1451网络化智能传感器模型。主要是介绍了IEEE 1451相关标准。 第三章智能传感器硬件设计。主要是以模块化的方法单片机AT89C52、传感器模块、A/D转换模块、复位电路、存

17、储器电路、串口电路和电源电路进行设计，并指出了部分模块设计需要注意的地方。 第四章智能传感器软件设计。主要是对传感器接口程序、串口程序、TEDS存储程序的编写，以实现各模块基本功能。 第五章程序的调试。主要对串口程序以及对TEDS下载程序的调试。 第六章总结与展望。总结本课题的工作和结论，并确定未来研究工作的方向。2 STIM模块总体设计2.1 IEEE1451系列标准概述为了解决传感器与各种网络相连的问题，以Kang Lee为首的一些有识之士开始构造一种通用智能化传感器的接口标准。1993年9月，IEEE第九技术委员会即传感器测量和仪器仪表技术协会接受了制定一种智能传感器通信接口的协议。19

18、94年3月，美国国家标准与技术协会NIST与国际电气和电子工程师协会IEEE共同组织了一次关于制定智能传感器接口和制定智能传感器连接网络通用标准的研讨会，提出了开发这样一种标准接口的可能性，目的是通过定义一整套通用的通信接口，解决不同网络之间的兼容性问题，并能够最终实现各个厂家的产品相互之间的互换性和互操作性。经过近年来IEEE组织的努力以及各大公司的支持，目前已经形成了一套针对不同场合应用的IEEE 1451标准族。该族所有标准都支持电子数据表格(TEDS)概念，这为变送器提供了自识别(self-identification)和即插即用(plug-and-play)功能。图2. 1 IEEE

19、 1451智能变送器接口标准族体系。图2.1描述了IEEE 1451标准族的整体框架和各成员间的关系4 . IEEE 1451标准可以分为面向软件的接口与面向硬件的接口两大部分。软件接口部分借助面向对象模型来描述网络化智能变送器的行为，定义了一套使智能变送器顺利接入不同测控网络的软件接口规范;同时通过定义一个通用的功能、通信协议和电子数据表格，以达到加强IEEE1451族系列标准之间的互操作性。软件接口部分主要由IEEE 1451.1和IEEE 1451.0组成，硬件接口部分由IEEE 1451.2， IEEE 1451.3， IEEE 1451.4和IEEE 1451.5组成，主要是针对智能

20、传感器的具体应用而提出来的。这种模块化的模型结构，使得在基于各种现场总线的分布式测量控制系统中，各种变送器的设计、制造无须考虑系统的网络结构5,6图2.1 IEEE 1451 智能变送器接口标准族体系框图（1）IEEE 1451.0提议标准，即通用的功能、通信协议和变送器电子数据表格式(Common Functions， Communication Protocols， and Transducer Electronic Data Sheet(TEDS) Formats) IEEE 1451提议标准族由几个标准组成，尽管它们之间有共同的特征，但是却不存在通用的功能、通信协议和电子数据表格式的设

21、置，这影响了这些标准之间的互操作性，阻碍了这些标准在用户群中的广泛使用。IEEE 1451.0提议标准就是为解决这一问题提出来的，通过定义一个包含基本命令设置和通信协议的独立于NCAP到变送器模块接口的物理层，为不同的物理接口提供通用、简单的标准，以达到加强这些标准之间互操作性的目的。IEEE1451. 0是一个与物理层独立的网络适配器(NCAP)到变送器的模型接口，它不仅包括基本的命令集还包括通信协议。这是为了实现一种新的工EEE1451类型来定义物理层，包括物理层电子数据表格(TEDS)，加上任意的特殊功能或必要的命令来支持选定的物理层7,8,9，其模块如图2.2所示。图2.2 IEEE

22、1451.0 智能变送器接口模块图4（2）IEEE 1451.1标准，即智能变送器网络应用处理器信息模型困network Capable Application Processor CAP) for smart transducer)， 1999年7月通过了IEEE认可。该标准定义了网络独立的信息模型，使变送器接口与NCAP相连，它使用了面向对象的模型定义提供给智能传感器及其组件。该标准通过采用一个标准的应用编程接口(API)来实现从模型到网络协议的映射10,11。如图2.3为IEEE 1451.1标准实现模型示意图。该模型由一组对象类组成，这些对象类具有特定的属性、动作和行为，它们为传感器提

23、供一个清楚、完整的描述。该模型也为传感器的接口提供了一个与硬件无关的抽象描述。该标准通过采用一个标准的API来实现从模型到网络协议的映射。同时，这个标准以可选的方式支持所有的接口模型的通信方式，由其它的IEEE 1451标准提供如STIM， TBIM(变送器总线接口模型)和MMX(混合模式传感器)12。图2.3 IEEE 1451.1标准实现模型示意图（3）IEEE 1451.2标准，即变送器与微处理器通信协议和变送器电子数据表格式(Transducer to Microprocessor Communication Protocols and Transducer Electronic Da

24、ta Sheet(TEDS) Formats)，1997年9月通过了IEEE认可。该标准具体定义了电子数据表格式TEDS和一个连接NCAP与STIM之间的RS232串口以及变送器与微处理器通信协议，如图2.4所示。使智能传感器/执行器模块具有了即插即用能力13，测控网络也可以通过访问TEDS来监测和配置传感器/执行器通道。在这个标准中并没有对信号调理、信号转换和TEDS如何应用做出相应的规定，而是由各个传感器制造商自主实现，以保持各制造商在性能、质量，特性、价格等方面的竞争力14,15。图2.4 IEEE1451.2 STIM与NCAP 连接形式（4）IEEE Std 1451.3标准，即分布

25、式多点系统数字通信和变送器电子数据表格式(Digital Communication and Transducer Electronic Data Sheet(TEDS)Formats for Distributed Multidrop System) 2003年10月通过了IEEE认可。IEEE P 1451.3允许变送器的制造商以很高的性能价格比并且系统内部可操作的特点生产变送器。IEEE P1451. 3允许变送器的制造商以很高的性能价格比且系统内部可操作的特点生产变送器16,17。这个标准既允许以相对较低的采样速率和合适的时序要求来设计和生产简单的设备，同时，在另一方面，也可兼容高达几

26、兆带宽和小到纳秒的时序要求的设备。也就是说该标准利用展布频谱技术，在一根信号电缆上实现数据同步采集、通信和对连接在变送器总线上的电子设备供电。其连接示意图见图2.518。.图2.5 IEEE 1451.3 物理连接（5）IEEE 1451.4提议标准，即混合模式通信协议和变送器电子数据表格式(Mixed-mode Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet(TEDS)Formats) o IEEE 1451.1， IEEE 1451.2和IEEE 1451.3标准主要针对可数字方式读的具有网络处理能力的传感器和执行器

27、。IEEE 1451.4标准主要致力于基于已存在的模拟量变送器连接方法，提出一个混合模式智能变送器通信协议:混合模式接口一方面支持数字接口对TEDS的读写，另一方面也支持模拟接口对现场仪器的测量;同时使用紧凑的TEDS对模拟传感器的简单、低成本的连接。IEEE 1451. 4定义了一个混合模式变送器接口标准，如为控制和自我描述的目的，模拟量变送器将具有数字输出能力19,20。IEEE 1451.4提议定义一种允许模拟量传感器(如压电传感器、变形测量仪)以数字信息模式(或混合模式)通讯的标准，目的是传感器能进行自识别和自设置。此标准同时建议数字TEDS数据的通讯将与使用最少量的线一远远少于IEE

28、E 1451.2标准所需的10根线的传感器的模拟信号共享。一个IEEE 1451.4的变送器包括一个变送器电子数据表格TEDS和一个混合模式的接口MMI。如图2.6所示为IEEE 1451.4的混合模式变送器(传感器和执行器)和接口的关系图。图2.6 IEEE 1451.4 接口（6）IEEE 1451.5提议标准，即无线通信与变送器电子数据表格式(Wireless Communication and Transducer Electronic Data Sheet(TEDS)Fonnats)。该提议标准于2001年6月最新推出的，旨在现有的IEEE 1451框架下，构筑一个开放的标准无线传感

29、器接口，以适应工业自动化等不同应用领域的需求。无线通信方式上将采用三种标准，即:802.11(WiFi)， 802.15.1(Bluetooth)， 802.15.4(ZigBee)a标准制订面临的任务在于:定义IEEE 1451.0/5通信应用编程接口(API);定义IEEE1451.5物理层(PHY)TEDS(包括WiFi， Bluetooth， ZigBee传输协议物理层TEDS);定义IEEE 1451.5标准命令集。IEEE 1451.5标准并非开发一种新的无线通信技术，而是利用目前已经成熟的技术作为通信手段，按照IEEE 1451的框架结构统一其接口。标准采用了三种无线通信技术:I

30、EEE 802.11无线局域网技术、IEEE 802.15.1蓝牙技术和IEEE 802.15.4 ZigBee技术。标准制订面临的任务在于定义IEEE 1451.0/5通信应用编程接口(API) ; IEEE 1451.5物理层TEDS(包括802.11， Bluetooth， ZigBee以下传输协议物理层TEDS); IEEE 1451标准命令集21。图2.7为IEEE 1451.5标准的设想结构。图2.7 IEEE 1451.5结构模型（7）IEEE 1451.6是一个为在每一个层次上有多个控制器的变送器和闭环控制器提供本质安全的操作级联网络环境的标准。网络的传输层是一个串行CAN总线

31、，在各种微控制家族和几个公司制造的单机CAN控制芯片中作为一个串行接口被实现的。应用层可以在没有许可和版税的情况下实现。IEE 1451.6标准在没有本质安全定义的情况下已经在许多传感器和闭环控制器里被实现己经有十多年了，因此，这种方法可以被认为是经过了测试和检验的22,23. IEEE 1451.6标准进一步的定义了一个作为本质安全的开放物理层。2.2总体设计思路基于IEEE1451.2标准的STIM有如图2.8所示的五种接口方式设计，即TII、RS232、UART、SPI和USB五种方式，每种方式由传感器控制器、TEDS、A/D转换以及各种的接口方式构成。图2.8五 种STIM接口设计方式

32、本设计的STIM 主要是根据IEEE1451.2标准RS232方式的”即插即用”的变送器模块，主要通过电子数据表格进行传感器数据的读入和执行器参数的设定。模块原理图如图2.9所示，主要包括：数字传感单元、TEDS 电子数据表格、串行接口、看门狗等部分。图2.9设计总体框图整个系统的主芯片采用的是低电压，高性能CMOS8位单片机AT89C52 。传感器信号先通过AD转换再通过I/O 口进入AT89C52后存储于芯片内部的RAM 中。AT89C52 需要外接POR（power-on reset，上电复位）电路。在这里需要注意，上电复位电路在电源电压低于2.5V 时，要使RESET引脚保持高电平；V

33、dd 的电压高于2.5V 时，RESET 引脚保持低电平至少10ms。外部POR 电路必须能够在低至1.2V，甚至更低的电压下工作。这样就可以保证AT89C52在上电时正常复位，掉电时正常关闭，在非完全掉电和电源低落时也能做出正常、合适的响应，提高了系统的可靠性。整个模块采用AT89C52中配置的全双工异步串行口UART 来下载和调试程序，此串行口还可用来下载电子数据表格（TEDS）至AT89C52 的外接Flash，方便TEDS 内容的升级与更新。3 STIM硬件设计与实现3.1硬件设计原则(1)尽量使用成熟的芯片和开发工具，减小风险，加快设计速度。(2)尽量使用分立芯片实现智能变送器接口模

34、块STIM的功能，以加强对STIM模型中各模块功能及在协议中的工作方式的理解。(3)尽可能符合IEEE1451标准。(4)在完成模块性能或指标的基础上，选择价格便宜的元件。3.2 STIM中芯片的选择3.2.1 CPU (AT89C52)AT89C52为8 位通用微处理器，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。其引脚图见图3.1：（1）P10-P17为8位准双向I/O口（2）P20-P27为8位准双向I/O口，A8-A15的高位地址线（3）P30-P

35、37为8位准双向I/O口，兼有RXD/TXD/INTO/INT1/T0/T1/WR/RD等替代功能（4）P00-P07为8位漏极开路双向I/O口，AD0-AD7数据地址分时复用（5）EA：外部访问使能：此管脚使处理器访问外部 ROM。如果EA 管脚为高电平且程序计数器指向片内ROM空间，ROM的地址和数据就不会出现在总线上。（6）PSEN：程序存储使能：PSEN 允许外部ROM数据出现在P0 口的地址/数据总线上。当访问内部ROM时，此管脚上不输出PSEN的选通信号。（7）ALE:地址锁存使能： ALE用于将P0口地址锁存，使其和数据分离。ALE以晶振1/6频率运行。（8）RST:复位： 振荡

36、器运行时，此管脚上出现两个机器周期的高电平将使器件复位。图3.1 AT89C52引脚图3.2.2锁存器（74HC573）74HC573 高性能硅门 CMOS 器件 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。器件的输入是和标准 CMOS 输出兼容 的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。 当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存，其引脚如图3.2所示。74HC573特点：（1） 三态总线驱动输出（2） 置数全并行存取（3） 缓冲控制输入（4） 使能输入有改善抗扰度得作用管脚功能：

37、（1） OE：三态输出使能输入（低电平）（2） D0D7：数据输入（3） LE：锁存使能输入（4） GND：接地（5） VCC：电源电压图3.2 74HC573引脚图3.2.3存储芯片（1）WS62256: 32K的低功耗静态RAM存储器。其引脚如图3.3 所示WS62256引脚功能： A0A14 : 地址总线(Address) D0 /D7 : 输入/输出口(input/output) CE : 端口选择(Chip select) WE: 输入始能(Write enable) OE: 输出始能(Output enable) VCC:电源电压(Power supply) GND:接地(Grou

38、nd)图 3.3 WS62256引脚图（2）AT24C32D: 存储器容量:32Kbit，存储器配置:4K x 8bit，接口:Serial， 2 Wire，时钟频率:1MHz，电源电压范围:1.8V to 3.6V，封装类型:DIP，针脚数:8，工作温度范围:-40C to +85C。其引脚如图3.4所示图 3.4 AT24C32D引脚图3.2.4 热电偶数字转换芯片（MAX6675）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。 非线性： 热电偶输出热电势与温度之间的关

39、系为非线性关系，因此在应用时必须进行线性化处理。冷端补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0时与测量端的电势差值，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、A/D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。MAX6675是一个复杂的热电偶

40、数字转换器，引脚见图3.5所示，带有一个内置的12位模拟数字转换器模数转换器（ADC）。MAX6675还包含了冷端补偿传感和校正，数字控制器，一个SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑。MAX6675的主要特性如下：（1） 简单的SPI串行口温度值输出（2） 01024的测温范围（3） 片内冷端补偿（4） 高阻抗差动输入（5） 热电偶断线检测（6） 单一5V的电源电压（7） 低功耗特性（8） 工作温度范围-20-85（9） 2000V的ESD信号图3.5 MAX 6675 引脚图3.3 ADC功能模块3.3.1 MAX 6675的工作原理与功能根据热电偶测温原理，热电偶的输出热电势不仅与测量端的温

41、度有关，而且与冷端的温度有关，使用硬件电路进行冷端补偿时，虽能部分改善测量精度，但由于热电偶使用环境的不同及硬件电路本身的局限性，效果并不明显；而使用软件补偿，通常是使用微处理机表格法或线性电路等方法来减小热电偶本身非线性带来的测量误差，但同时也增加了程序编制及调试电路的难度。MAX6675对其内部元器件参数进行了激光修正，从而对热电偶的非线性进行了内部修正。同时，MAX6675内部集成的冷端补偿电路、非线性校正电路、断偶检测电路都给K型热电偶的使用带来了极大方便。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

42、偶断线检测电路。冷端补偿的温度范围-2080，可以测量01023.75的温度，基本符合工业上温度测量的需要。当MAX6675的 引脚从高电平变为低电平时，MAX6675将停止任何信号的转换并在时钟SCK的作用下通过SO引脚向外输出已转化的数据（此数据是经过放大了的A/D转换后的数字量与冷端补偿之和）；相反，当 从低电平变回高电平时，MAX6675将进行新的转换。在 引脚从高电平变为低电平时，第一个字节D15出现在引脚SO上，一个完整的数据读过程需要16个时钟周期，数据的读取通常在SCK的下降沿完成。值得指出的是此芯片的AD转换速度在0.170.22s之间，比之一般的AD转换芯片微秒级的转换速度

43、要长得多。3.3.2 MAX6675与AT89C52的接口实现 MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与单片机接口，因此它只能作为从设备即串行接口芯片。SPI（Serial Peripheral Interface）总线系统是一种同步串行外设接口，是Motorola公司推出的总线标准，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换数据。以单路热电偶为例来说明MAX6675与AT89C52单片机的接口连接。由于C51系列单片机不具有SPI串行总线接口，可以使用软件来模拟SPI操作，包括串行时钟、数据输入和数据输出。如图3.6所示，串行外部时钟由P31提供，它是单片机的串行输出口TXD，

44、对应于SCK的串行时钟输入；片选信号由P32提供；转换数据由P30读取，它是单片机的串行输入口RXD，对应于SO的串行输出。MAX6675的转换结果在SCK的控制下连续输出。值得指出的是我们将串行时钟输出口P3.1的初始状态设置为1，而在允许接口后再置P31为0。这样，单片机在输出1位SCK时钟的同时，将使接口芯片串行左移，从而输出一位数据至单片机的P30口（模拟MISO线），以后再置P31为1。至此，模拟一位数据输入过程完成。图3.6 MAX6675与AT89C52的连接3.4存储模块AT89C52单片机内有256B的RAM数据存储器，对一般应用场合，内部 RAM可以满 足系统对数据存储器的

45、要求，但对需要大容量数据缓冲器的应用系统（如数据采集系统），仅片内的RAM存储器往往不够用，这种情况下，就需要在单片机外部扩展数据存储器。 AT89C52与外部数据存储器的一般连接方法：外部数据存储器的高8位地址由P2口提供，低8位地址线接地址锁存器的输出端。由于单片机I/O口有限，根据需要采用74HC573锁存器对P0口进行分时复用，如图3.7所示。图 3.7 外扩RAM连接图AT89C52单片机内有8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM 用于存放TEDS数据电子表格，对于大容量的数据需外扩一个片外FLASH，如图3.8是用AT24C32D外接的一个存放TEDS的存储器。图3.8

46、 AT24C32D外接的FLASH3.5电源电路本电源电路采用集成稳压器7805，C8、C12， C11、C7分别为输入端和输出端滤波电容，R7为负载电阻。输出正5V直流电压的稳压电源电路，其电路连接如图 3.9所示。图3.9电源电路3.6串口电路串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议，串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口用于ASCII码字

47、符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。因为串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配。由于CPU与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，必须要有 “ 接收移位寄存器”(串并)和“发送移位寄存器”(并串)。在数据输入过程中，数据 1 位 1 位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”，当 “接收移位寄存器”中已接收完1 个字符的各位后，数据就从“接收移位寄存器”进入“数据输入寄存器”。CPU从“数据输入寄存器”中读取接收到的字符。(并行读取，即 D7D0 同时被读至累加器中)。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收时钟”确定。在数据输出过程中，CPU 把要输出的字符(并行地)送入“数据输出寄存器”，“数据输出寄存器”的内容传输到“发送移位寄存器”，然后由“发送移位寄存器”移位，把数据 1位 1位地送到外设。“发送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。接口中的“控制寄存器”用来容纳 CPU 送给此接口的各种控制信息，这些控制信息决定接口的工作方式. “状态寄存器” 的各位称为“状态位” ，每一个状态位都可以用来指示数据传输过程中的状态或某种错误，例如，用状态寄存器