基于MSP430单片机设计研发微小型数字多路测温仪

　　1 硬件设计研发

　　1.1 MSP430x149单片机与K型热电偶、MAX6675的硬件设计

　　K 型热电偶是一种感温元件，它把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度，其测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。K 型热电偶是工业中常用的温度测温元件，对于K 型热电偶,电压变化率为41 V/℃,电压可以由线性公式 Vout=(41μV/℃)×(Tr-Tamb)来近似热电偶的特性。上式中，Vout为热电偶输出电压(mV)，Tr是测量点温度;Tamb是周围温度。[1]如果按照上式的输出方法来确定K型热电偶的温度输出值是很不科学的，因为K 型热电偶在一定的温度范围内是呈近似线性变化的，但是在整个全温区内温度与热电动势是呈非线性变化的;将K 型热电偶引入到单片机领域中，由于热电偶热电动势变化率为4 1 μV / ℃的特性，在硬件设计时要考虑到对输出信号放大，电路上衰减与磁干扰也会影响到信号的失真，所以要想使K 型热电偶具有较高的测量精度就必须在硬件设计的过程中减少信号的衰减，软件上进行温度补偿和线性修正。

　　MAX6675是Maxim公司推出的一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。该器件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S P I兼容接口和1 个相关的逻辑控制。在测温应用中，芯片自热将降低MAX6675温度测量精度，误差大小依赖于MAX6675封装的热传导性、安装技术和通风效果。为降低芯片自热引起的测量误差，可在布线时使用大面积接地技术提高MAX6675温度测量精度。MAX6675的测量精度对电源耦合噪声较敏感，为降低电源噪声影响，可在MAX6675的电源引脚附近接入1只0.1μF陶瓷旁路电容。MSP430x149与热电偶，MAX6675的电路设计图见图1。

　　1.2 MSP430x149单片机与DS18B20一总线温度器硬件设计

　　DS18B20数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值，它通过一个单线接口发送或接受信息，因此MSP430x149单片机和DS18B20之间仅需一条连接线。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。值得注意的是单线总线只有一条定义的信号线，每一个挂在总线上的器件都能在适当的时间驱动它，为此每一个总线上的器件都必须是漏极开路或三态输出;DS18B20的单总线端口是漏极开路式的，所以单线总需要一个约5kΩ的上拉电阻[2]。MSP430x149与DS18B20硬件设计见图2 。