基于ARM的热敏电阻设计温度计

1.随着半导体技术的不断发展，热敏电阻作为一种新型的温度传感元件得到了越来越广泛的应用。 他具有体积小、灵敏度高、重量轻、热惯性小、寿命长、价格低廉的优点。 传统热敏电阻温度计硬件大多由普通单片机(MCS-51系列)+模数转换器和发光二极管显示模块组成，分立元件多，功耗大，设计复杂，调试困难。该软件也大多采用冗长复杂的汇编语言实现，设计效率低，可移植性差，难以保证性能。 目前，嵌入式系统的应用已经进入高端和低端并行发展阶段，以32位微控制器的发展为标志。 ARM(AdvancedRischmachines)是一款广泛应用于嵌入式系统的32位微处理器内核。它具有体积小、功耗低、集成度高、硬件调试方便和操作系统便携的优点 它为智能仪器向便携性、智能化和微机集成方向发展提供了必要的条件。 由于电子技术的快速发展，[/k8/]组件的性价比不断提高。 本文以32位ARM7TDMI-S微处理器内核LPC2142为控制核心，内部模数转换器和SPI接口控制发光二极管显示驱动器MC14489实时显示温度。 2.热敏电阻器温度转换原理热敏电阻器是一种温度传感器，由仿陶瓷半导体构成 热敏电阻(NTC)不同于普通电阻器，它具有负电阻温度特性，即当温度升高时，其电阻值降低。 图1是热敏电阻的特性曲线 热敏电阻的电阻-温度特性曲线是一条具有很大非线性的指数曲线，因此在使用时需要线性化。 线性化可以改善热敏电阻的特性曲线，但要复杂得多。 因此，在要求较低的一般应用中，通常假设温度和电阻值在一定温度范围内具有线性关系，以简化计算。 热敏电阻用于感测温度，并向热敏电阻施加恒定电流，从而可以测量电阻两端的电压，然后通过以下公式获得温度:t为测量温度；T0是与热敏电阻特性相关的温度参数；k是与热敏电阻特性相关的系数；VT是热敏电阻两端的电压。 根据该公式，如果热敏电阻两端的电压可以被测量并且参数T0和k是已知的，热敏电阻的环境温度，即测量的温度，可以被计算，从而将电阻和温度之间的关系转换成电压和温度之间的关系。 数字电阻温度计设计的主要工作是通过模数转换将热敏电阻两端的电压值转换成数字并发送给单片机，然后用软件方法计算温度值，然后显示打印出来。  。3.硬件电路设计今天，随着电子技术的飞速发展，一些功能强大的元器件价格不断下降，性价比不断提高，应用于越来越多的领域。 本文采用32位ARM微处理器内核LPC2142代替传统的805l单片机作为模数转换和实时温度显示的控制核心。 图2是整个系统的结构示意图 热敏电阻NTC与公共电阻r串联，然后与+5V电源连接，取室温两端的电压，送至微控制器LPC2142的AINl(P0.28引脚)通道进行模数转换 转换的启动模式和转换通道的选择可以通过设置模数转换器控制寄存器ADC0DR来实现 转换结果通过同步、全双工串行SPI接口输出到发光二极管显示驱动器MCl4489，用于实时温度显示。 3.1 ARM微控制器LPC2142简介ARM 7TDMI-S内核是一个具有冯·诺依曼架构的通用32位微处理器内核，具有高性能和低功耗的特点。 ARM体系结构是基于精简指令集计算机原理设计的。指令集和相关解码机制比复杂的指令集计算简单得多 那个……arm7tdmi-s处理器采用流水线技术，处理和存储系统的所有部分都可以连续工作。 通过这种方式，使用小型、廉价的处理器内核很容易实现高吞吐量和实时中断响应。 Lcp2142基于支持实时仿真和嵌入式跟踪的3z/16位ARM7TDMI-sCPU微控制器，内置64kB高速闪存和16kB片内静态随机存取存储器。 128位宽的存储器接口和独特的加速器接口使32位代码能够以zui高时钟频率运行。严格控制代码大小的应用程序可以使用16位Thumb模式将代码大小减少30%以上，同时其性能损失非常小 LPC2142中有一个10位逐次逼近型模数转换器。其主要特点是:(1) 6个引脚复用成输入引脚；(2)掉电模式；(3)OV ~ VREF的测量范围通常为3V，不超过VDDA电压；(4)每个转换器包括一个可编程分频器，用于将时钟调整到逐次逼近转换所需的4.5兆赫(较大值) 因此，10位转换时间大于或等于4.55μ；s .(5)一个或多个输入的突发切换模式；(6)切换可通过直接启动、输入跳转或定时器匹配信号触发；lpc2142内部还有一个硬件SPI(串行外设接口)接口。 他是一个同步、全双工串行接口，zui大数据比特率是时钟速率的1/8，可以配置为主或从 3.2发光二极管显示器驱动管理芯片MC14489 MCl4489是美国摩托罗拉生产的串行接口发光二极管显示器驱动管理芯片 只有三个输入/输出端口连接在其输入端和系统的主中央处理器之间，用于接收要显示的串行数据。 输出端可以直接驱动七段发光二极管显示器，也可以驱动指示灯。 MCL 4489内部集成了数据接收/解码/扫描输出/驱动显示器所需的所有电路，并且只需要一个外部电流设置电阻来控制发光二极管显示器的高亮度。 每个MC14489芯片可以以以下任何一种显示模式显示:5位发光二极管数字加小数点显示；4位半数字加小数点符号显示；显示25个指示灯；5位半数字显示器 芯片中的解码器电路可以输出7段格式数字 0 ~ 9、十六进制字母a ~ f和15个字母和符号 图2是用单个MC14489形成5位发光二极管显示器的例子 从图中可以看出，由MC14489组成的显示电路不需要添加任何限流电阻，也不需要添加反相或驱动电路，因此电路设计非常简单。 MC 14489芯片采用特殊设计技术，使其电源引脚在大电流工作条件下仍具有极低尖峰和小电磁干扰(电磁干扰)。 4.系统的软件设计可以从热敏电阻的温度转换原理的简要描述中看出:热敏电阻特性曲线是一条具有很大非线性的指数曲线，由于非线性处理的复杂性，可以在本文设计要求不高的情况下简化处理。 4.1程序设计流程图受空间限制，本文仅给出程序设计流程图。 整个程序的流程图如图3所示。 4.2温度计计算程序在公式t = t0-kvt中，系数值k是一个很小的数 为了便于计算，取扩展k值和VT的乘积，256次。K & timesvermont 美国佛蒙特州邮编区号 乘法后，只取乘积的高位8位，丢弃低位8位，就可以抵消系数值k的256倍扩展，得到正确的结果 此外，从图1中热敏电阻的电阻-温度特性曲线可以看出，在+10 ~ 150℃的温度范围内，电阻与温度的关系是线性的 该温度范围通常被视为有效温度范围。 当温度超过这个范围时，用数码管显示F作为标志。 由于有效温度范围不超过150℃，用于温度显示的3位数码管的显示格式为:ADXXX，其中XXX为温度值，图2中的LED1和LED2仅显示字符a和d，较后三个数码管LED3、LED4和LED5显示温度值 5.结论利用串行接口和MCl4489管理芯片构成智能仪器的显示驱动电路，可以大大提高系统的性价比。 本文在精度不高的情况下，将热敏电阻的特性简化为线性处理，用本文设计的电路测量了+10～150℃范围内的温度，取得了良好的效果。 在整个设计过程中应注意以下几点:(1) LPC2142微控制器具有独立的模拟电源引脚VDDA和USSA。为了降低噪声和误差概率，模拟电源和数字电源应使用10μ；h的电感是隔离的。 (2)模数转换参考电压Vref的选择应满足测量精度的要求 如果想提高模数转换的精度，通常使用基准源芯片来提供基准电压。 TL431是一种三端可调分流基准源，具有良好的热稳定性和低噪声(温度系数为30倍；10-6/℃) 本文使用该参考芯片提供参考电压。 (3)由于本系统采用LPC2142微控制器作为SPI主机，其P0.7引脚SSEL需要连接10kω；上拉电阻

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