一，K型熱電偶MAX6675簡介
熱電偶是一種感溫元件 , 它把溫度信號轉換成熱電動勢信號 , 通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質導體組成閉合迴路 , 當兩端存在溫度梯度時 , 迴路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在 Seebeck 電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體爲熱電極，溫度較高的一端爲工作端， 溫度較低的一端爲自由端，自由端通常處於某個恆定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關係 , 製成熱電偶分度表 ; 分度表是自由端溫度在 0 ℃ 時 的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶迴路中接入第三種金屬材料時 , 只要該材料兩個接點的溫度相同 , 熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入迴路中的影響。因此 , 在熱電偶測溫時 , 可接入測量儀表 , 測得熱電動勢後 , 即可知道被測介質的溫度。
熱電偶的種類
K 型（鎳鉻 - 鎳硅） WRN 系列 N 型（鎳鉻硅 - 鎳硅鎂） WRM 系列
E 型（鎳鉻 - 銅鎳） WRE 系列 J 型（鐵 - 銅鎳） WRF 系列
T 型（銅 - 銅鎳） WRC 系列 S 型（鉑銠 10- 鉑） WRP 系列
R 型（鉑銠 13- 鉑）WRQ系列 B 型（鉑銠 30- 鉑銠 6 ）WRR 系列
熱電偶作爲一種主要的測溫元件，具有結構簡單、製造容易、使用方便、測溫範圍寬、測溫精度高等特點。但是將熱電偶應用在基於單片機的嵌入式系統領域時，卻存在着以下幾方面的問題。①非線性：熱電偶輸出熱電勢與溫度之間的關係爲非線性關係，因此在應用時必須進行線性化處理。②冷補償：熱電偶輸出的熱電勢爲冷端保持爲0℃時與測量端的電勢差值，而在實際應用中冷端的溫度是隨着環境溫度而變化的，故需進行冷端補償。③數字化輸出：與嵌入式系統接口必然要採用數字化輸出及數字化接口，而作爲模擬小信號測溫元件的熱電偶顯然法直接滿足這個要求。因此，若將熱電偶應用於嵌入式系統時，**須進行復雜的信號放大、A/D轉換、查表線性線、溫度補償及數字化輸出接口（a）**等軟硬件設計。如果能將上述的功能集成到一個集成電路芯片中，即採用單芯片來完成信號放大、冷端補償、線性化及數字化輸出功能，則將大大簡化熱電偶在嵌入式領域的應用設計。
熱電偶工作原理：
當有兩種不同的導體或半導體A和B組成一個迴路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度爲T，稱爲工作端或熱端，另一端溫度爲T0 ，稱爲自由端（也稱參考端）或冷端，迴路中將產生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。這種現象稱爲“熱電效應”，兩種導體組成的迴路稱爲“熱電偶”，這兩種導體稱爲“熱電極”，產生的電動勢則稱爲“熱電動勢”。熱電動勢由兩部分電動勢組成，一部分是兩種導體的接觸電動勢，另一部分是單一導體的溫差電動勢。
（摘自《傳感器原理》）
MAX6675滿足了（a）條件，即集其成了熱電偶放大器、冷端補償、A/D轉換器及SPI串口的熱電偶放大器與數字轉換器。
MAX6675冷端溫度補償、熱電偶數字轉換器可進行冷端溫度補償，並將K型熱電偶信號轉換成數字信號。數據以SPI™兼容的12位分辨率只讀格式輸出。該轉換器可將溫度解析爲0.25°C，允許讀數高達+ 1024°C。在0°C至+ 700°C溫度範圍內具有8LSB的熱係數精度。
MAX6675的主要特性如下：
①簡單的SPI串行口溫度值輸出；
②0℃～+1024℃的測溫範圍；
③12位0.25℃的分辨率；
④片內冷端補償；
⑤高阻抗差動輸入；
⑥熱電偶斷線檢測；
⑦單一+5V的電源電壓；
⑧低功耗特性；
⑨工作溫度範圍-20℃～+85℃；
⑩2000V的ESD信號。
備註：該器件採用8引腳SO帖片封裝。
二，MAX6675引腳定義：
引腳 名稱 功能
1 GND 接地端
2 T- K型熱電偶負極
3 T+ K型熱電偶正極
4 VCC 正電源端
5 SCK 串行時鐘輸入
6 CS 片選端，CS爲低時、啓動串行接口
7 SO 串行數據輸出
8 N.C. 空引腳
三，MAX6675工作原理分析：
MAX6675內部框圖：
MAX6675內部具有將熱電偶信號轉換爲與ADC輸入通道兼容電壓的信號調節放大器，T+和T-輸入端連接到低噪聲放大器A1，以保證檢測輸入的高精度，同時使熱電偶連接導線與干擾源隔離。熱電偶輸出的熱電勢經低噪聲放大器A1放大，再經過A2電壓跟隨器緩衝後，被送至ADC的輸入端。在將溫度電壓值轉換爲相等價的溫度值之前，它需要對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0℃實際參考值之間的差值。對於K型熱電偶，電壓變化率爲41μV/℃，電壓可由線性公式**Vout=(41μV/℃)×(tR-tAMB)**來近似熱電偶的特性。上式中，Vout爲熱電偶輸出電壓（mV），tR是測量點溫度；tAMB是周圍溫度。
典型應用電路顯示了MAX6675與微控制器接口。 MAX6675處理來自熱電偶的讀數，並通過串行接口傳輸數據。強制CS爲低電平並在SCK處施加時鐘信號以讀取SO的結果。 強制CS低立即停止任何轉換過程。 發起新的轉化通過迫使CS高來進行處理。強制CS爲低電平以輸出SO引腳上的第一位。 一個完整的串行接口讀取需要16個時鐘週期。在時鐘的下降沿讀取16個輸出位。第一位D15是僞符號位，始終爲零。 D14–D3位包含轉換後的溫度從MSB到LSB的順序。 D2位通常爲低電平且當熱電偶輸入打開時變爲高電平。 D1是低電平，爲MAX6675和D0位提供器件ID是三態。數據格式如下圖：
（以上介紹官方芯片手冊翻譯過來，若有錯誤歡迎評論指出）
與MCU電路連接圖：
四，MAX6675時序：
採集數據時序：
五，MAX6675模塊實物圖：
（只拍了背面）
六，MAX6675驅動源程序：
max6675 頭文件
#ifndef __max6675_H
#define __max6675_H
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
typedef struct __MAX6675
{
u16 temperatureBasic;
long temp;
float temperatureHandle;
u8 checkFlag;
}MAX6675;
extern MAX6675 max6675;
#define MAX6675PORT GPIOA
#define MAX6675PIN_CLK GPIO_Pin_11
#define MAX6675PIN_SO GPIO_Pin_12
#define MAX6675PIN_CS GPIO_Pin_6
#define MAX6675CLK RCC_APB2Periph_GPIOA
//IO operation function
#define MAX6675_CS PAout(6)
#define MAX6675_CLK PAout(11)
#define MAX6675_SO PAin(12)
//Function declaration
void max6675_Init(void);
u16 max6675_ReadData(void);
void max6675_HandleData(void);
void max6675_ReadDataCnt(u16 count);
void max6675_ExcuteTest(void);
void max6675_TimeBase_Init(u16 arr,u16 pre);
#endif
max6675 C文件
#include "max6675.h"
#include "usart.h"
MAX6675 max6675={0,0,0.0,0};
/*
* Function name: initialize MAX6675
* author: liuxianfei0810
* Parameter: None
* Return value: None
*/
void max6675_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(MAX6675CLK,ENABLE);//Turn on the clock
//Initialization pin
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=MAX6675PIN_CLK|MAX6675PIN_CS;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(MAX6675PORT,&GPIO_InitStruct);
GPIO_SetBits(MAX6675PORT,MAX6675PIN_CLK|MAX6675PIN_CS);
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=MAX6675PIN_SO;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(MAX6675PORT,&GPIO_InitStruct);
MAX6675_CLK=MAX6675_CS=1;
}
u16 max6675_ReadData(void)
{
u16 dat=0;
u16 i=0;
//時序中各時間延時如下：（根據官方手冊）
/*
fSCL <= 4.3MHz
tCH >= 100ns
tCL >= 100ns
tCSS >= 100ns
tDV <= 100ns
tTR <= 100ns
tDO <= 100ns
*/
MAX6675_CLK=0;
MAX6675_CS=0;
for(i=0;i<16;i++)
{
MAX6675_CLK=1;
delay_us(1);
dat<<=1;
if(MAX6675_SO)
dat|=0x01;
MAX6675_CLK=0;
delay_us(1);
}
MAX6675_CS=1;
max6675.temperatureBasic=dat;
return dat;
}
void max6675_HandleData(void)
{
max6675.temperatureBasic>>=3;
max6675.temperatureBasic&=~(0xf<<12);
max6675.temperatureHandle=(float)max6675.temperatureBasic*0.25;
}
void max6675_ReadDataCnt(u16 count)
{
u16 i=0;
max6675.temp=0;
max6675.temperatureBasic=0;
max6675.temperatureHandle=0.0;
for(i=0;i<count;i++)
{
max6675.temp+= max6675_ReadData();
delay_ms(1);
}
max6675.temperatureBasic=(u16)(max6675.temp/count);
}
void max6675_ExcuteTest(void)
{
if(max6675.checkFlag)
{
max6675.checkFlag=0;
//close timer
max6675_ReadDataCnt(20);
// max6675_ReadData();
max6675_HandleData();
printf("\r\nMAX6675採集的原始數據爲: %d \r\n\r\n",max6675.temperatureBasic);
printf("\r\nMAX6675處理後的數據爲: %f 度\r\n\r\n",max6675.temperatureHandle);
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}
else;
}
void max6675_TimeBase_Init(u16 arr,u16 pre)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);//Turn on the clock
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=arr;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=pre;
TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStruct);
TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE );
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
}
void TIM2_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) != RESET)
{
max6675.checkFlag=1;
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);
TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);
}
備註：通過定時器延時，具體延時時間自己按要求設定
七，效果圖：
使用串口助手打印採集的數據：
