文 献 综 述

摘要： 在现代化的工业现场，常用热电偶测试高温，测试结果送至主控机。由于热电偶的热电势与温度成非线性关系，所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该系统通过高精度/数据转换器对热电偶电动势进行采样、放大，并在C8051F020单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理，再通过数/模转换器进行数/模转换产生4mA~20mA电流，送主控中心

关键词：热电偶；线性化；C8051F020单片机

正文： 1821年，德国-爱沙尼亚物理学家汤玛斯#183;泽贝克发现任何导体(金属)被施加热梯度时都会产生电压。现在这种现象被称为热电效应或Seebeck效应。若要测量这个电压，必须把”热”端连到另一导体上。增加的导体也会经历热梯度，自身也会产生一个电压，并与原来的电压抵消。幸运的是，热电效应中电压的大小取决于金属的种类。在电路中使用不同的金属会产生不同的电压，因此存在一个很小的电压差值可以被测量，这个差值随温度的升高而增大。对于目前常用的金属组合，这个差值通常在1到大约70微伏每摄氏度之间。一些常用的固定组合成为工业标准，通常考虑到成本、适用、便利、熔点、化学性质、稳定性和输出。由于热电偶产生的电压很小，很多的应用是利用热电偶堆。

1823年塞贝克发现，将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路，若两接触点温度（T，T0）不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克效应，通常称为热电效应。回路中的电势称为热电势或塞贝克电势，用EAB（T，T0）表示。两种不同的导体A和B称热电极，测量温度时，两个热电极的一个接点置于被测温度场（T）中，称该点为测量端，也叫工作端或热端；另一接点置于某一恒定温度（T0）的地方，称参考端或自由端、冷端。T与T0的温差愈大，热电偶的热电势也愈大，因此，可以用热电势的大小衡量温度的大小。当热电偶两电极的材料不同，且A、B固定后，热电偶的热电势EAB（T，T0）便成为两端温度T和T0的函数，即：EAB（T，T0）= E（T）#8212;E（T0），也就是说，热电偶的热电势等于热端与冷端温度T和T0所引起的电势差。当T0保持不变，即E（T0）为常数时，则热电势EAB（T，T0）便为热电偶热端温度T的函数EAB（T，T0）= E（T）#8212;C=Φ（T），由此可知，EAB（T，T0）与T有单值对应关系，这就是热电偶测温的基本公式。

热电偶是一种被广泛应用的温度传感器，也被用来将热势差转换为电势差。它的价格低廉，易于更换，有标准接口，而且具有很大的温度量程。主要的约束是精度，小于1摄氏度的系统误差通常较难达到。而且热电偶的热电势与温度成非线性关系，所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。
因此本文提出以C8051F020单片机为核心的多型号热电偶测温智能板能有效的解决这些问题。硬件设计中C8051F020内部带有数据采集所需的ADC和DAC，分别实现对热电偶电动势的采样。放大。AD转换和线性化处理的数据转换。本文主要研究硬件设计，软件方面就不提了。下面介绍下C8051F020

C8051F020 器件是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，具有 64 个数字 I/O 引脚（C8051F020）。C8051F020的指令运行速度是一般80C51系列单片机的10倍以上。因为其CIP-51中采用了流水线处理结构，已经没有了机器周期时序，指令执行的最小时序单位为系统时钟，大部分指令只要1～2个系统周期即可完成。又由于其时钟系统比80C51的更加完善，有多个时钟源，且时钟源可编程，时钟频率范围为0～25 MHz，当CIP-5l工作在最大系统时钟频率25 MHz时，它的峰值速度可以达到25 MI／s，C8051F020已进入了8位高速单片机行列。

C8051F020内部带有数据采集所需的ADC和DAC ，其中ADC有两个，一个是8路12位逐次逼近型ADC，可编程转换速率，最大为100 kS／s．可通过多通道选择器配置为单端输入或差分输入。内有可编程增益放大器PGA用于将输入的信号放大，提高A／D的转换精度。可编程增益为：0.5、1、2、4、8或16，复位时默认值为1。另一个是8路8位ADC，可编程转换速率最大为500 kS／s，其可编程放大增益为0.5、1、2、4，复位时默认值为0.5。有2个12位的DAC，用于将12位的数字量转换为电压量，可产生连续变化的波形，两路信号可同步输出。
C8051F020外设还增添了三个串行口。可同时与外界进行串行数据通信，SMBus兼容于I2C串行扩展总线；SPI串行扩展接口；两个增强型UART串口。

接下来介绍下所用的软件工具PROTEL99SE和基本操作。

Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。
　　Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。

PROTEL99SE的基本操作：元件库文件（.LIB）也是基于数据库文件（.DDB）下的操作，同一个数据库下元件库中的元件才可以通过Tools -gt; Copy Component 相互复制，不同数据库时可先用右键的copy将整 个元件库复制到当前数据库，再在该数据库中进行单个元件的复制。在放置芯片引脚时大头指的是引脚外侧，引脚名称会嵌到芯片框里，引脚号在外侧。 1、在画芯片图时，如果用到画线的功能，则应将View -gt; Snap Grid 功能打开，可增加画线时的定位精度。 2、不同设计文件之间拷贝模块时，操作如下：先选中要拷贝的部分－》拷贝，鼠标变成十字线后在选定的区域中间点击左键－》切换到另一个设计文件，粘贴即完成了操作。

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