基于LPC2142的熱敏電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)方案

由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的性價(jià)比不斷得到提高。本文采用32位的ARM7 TDMI-S微處理器核LPC2142為控制核心，利用其內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器和SPI接口來(lái)控制LED顯示驅(qū)動(dòng)器MC14489進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)顯示。

2 熱敏電阻溫度的轉(zhuǎn)換原理

熱敏電阻是溫度傳感器的一種，他由仿陶瓷半導(dǎo)體組成。熱敏電阻(NTC)不同于普通的電阻，他具有負(fù)的電阻溫度特性，即當(dāng)溫度升高時(shí)，其電阻值減小。圖1為熱敏電阻的特性曲線。 熱敏電阻的阻值～溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性較大，因此在使用時(shí)要進(jìn)行線性化處理。線性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線，但是比較復(fù)雜。為此，在要求不高的一般應(yīng)用中，常做出在一定的溫度范圍內(nèi)溫度與阻值成線性關(guān)系的假定，以簡(jiǎn)化計(jì)算。使用熱敏電阻是為了感知溫度，給熱敏電阻通以恒定的電流，電阻兩端就可測(cè)到一個(gè)電壓，然后通過(guò)公式下面的公式可求得溫度：



T為被測(cè)溫度；T0為與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)；K為與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)；VT為熱敏電阻兩端的電壓。

根據(jù)這一公式，如果能測(cè)得熱敏電阻兩端的電壓，再知道參數(shù)T0和K，則可以計(jì)算出熱敏電阻的環(huán)境溫度，也就是被測(cè)的溫度，這樣就把電阻隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓隨溫度變化的關(guān)系了。數(shù)字式電阻溫度計(jì)設(shè)計(jì)的主要工作，就是把熱敏電阻兩端電壓值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到單片機(jī)中，然后通過(guò)軟件方法計(jì)算出溫度值，再進(jìn)行顯示、打印等處理。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，一些功能強(qiáng)大的元器件價(jià)格不斷下降，使其性價(jià)比不斷得到提高，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。本文就是采用32位的ARM微處理器核LPC2142代替?zhèn)鹘y(tǒng)的805l單片機(jī)為控制核心，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和溫度實(shí)時(shí)顯示。圖2為整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

熱敏電阻NTC串聯(lián)上一個(gè)普通電阻R，再接+5V電源，取RT兩端電壓，并送入微控制器LPC2142的AINl(P0．28引腳)通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式以及轉(zhuǎn)換通道的選擇可通過(guò)設(shè)置ADC控制寄存器ADC0DR來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)一個(gè)同步、全雙工串行SPI接口輸出到LED顯示驅(qū)動(dòng)器MCl4489進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)顯示。

3．1 ARM微控制器LPC2142簡(jiǎn)介

ARM 7 TDMI-S核是通用的32位微處理器核，采用馮．諾依曼結(jié)構(gòu)，具有高性能和低功耗特性。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)原理設(shè)計(jì)的，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡(jiǎn)單得多。．ARM 7 TDMI-S處理器使用流水線技術(shù)，處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的所有部分都可以連續(xù)工作。這樣，使用一個(gè)小的、廉價(jià)的處理器核就可以非常容易地實(shí)現(xiàn)很高的吞吐量和實(shí)時(shí)的中斷響應(yīng)。

LPC2142是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的3Z／16位ARM7TDMI-s CPU的微控制器，內(nèi)嵌有64 kB的高速FLASH存儲(chǔ)器和16 kB的片內(nèi)SRAM。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速器接口使32位代碼能夠在最高時(shí)鐘頻率下運(yùn)行，對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30％，而其性能的損失卻很小。

LPC2142內(nèi)部帶有一個(gè)10位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其主要特性為：

(1)6個(gè)引腳復(fù)用為輸入腳；

(2)掉電模式；

(3)測(cè)量范圍O V～Vref通常為3 V，不超過(guò)VDDA電壓)；

(4)每個(gè)轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)可編程分頻器，可將時(shí)鐘調(diào)整至逐次逼近轉(zhuǎn)換所需的4．5 MHz(最大)。這樣，10位轉(zhuǎn)換時(shí)間大于或等于4．55μs；

(5)一個(gè)或多個(gè)輸入的突發(fā)轉(zhuǎn)換模式；

(6)可選擇由直接啟動(dòng)、輸入跳變或定時(shí)器匹配信號(hào)觸發(fā)轉(zhuǎn)換；

LPC2142內(nèi)部還擁有一個(gè)硬件SPI(Serial Peripheral Interface)接口。他是一個(gè)同步、全雙工串行接口，最大數(shù)據(jù)位速率為時(shí)鐘速率的1/8，可配置為主機(jī)或者從機(jī)。