基于A(yíng)RM的熱敏電阻設計溫度計
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基于A(yíng)RM的熱敏電阻設計溫度計
文章由雙金屬溫度計_電接點(diǎn)雙金屬溫度計_熱電阻熱電偶溫度計-京儀股份為您整理編輯。摘要:1.隨著(zhù)半導體技術(shù)的不斷發(fā)展,熱敏電阻作為一種新型的溫度傳感元件得到了越來(lái)越廣泛的應用。 他具有體積小、靈敏度高、重量輕、熱慣性小、壽命長(cháng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。 傳統熱敏電。。。
1.隨著(zhù)半導體技術(shù)的不斷發(fā)展,熱敏電阻作為一種新型的溫度傳感元件得到了越來(lái)越廣泛的應用。 他具有體積小、靈敏度高、重量輕、熱慣性小、壽命長(cháng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。 傳統熱敏電阻溫度計硬件大多由普通單片機(MCS-51系列)+模數轉換器和發(fā)光二極管顯示模塊組成,分立元件多,功耗大,設計復雜,調試困難。該軟件也大多采用冗長(cháng)復雜的匯編語(yǔ)言實(shí)現,設計效率低,可移植性差,難以保證性能。 目前,嵌入式系統的應用已經(jīng)進(jìn)入高端和低端并行發(fā)展階段,以32位微控制器的發(fā)展為標志。 ARM(AdvancedRischmachines)是一款廣泛應用于嵌入式系統的32位微處理器內核。它具有體積小、功耗低、集成度高、硬件調試方便和操作系統便攜的優(yōu)點(diǎn) 它為智能儀器向便攜性、智能化和微機集成方向發(fā)展提供了必要的條件。 由于電子技術(shù)的快速發(fā)展,[/k8/]組件的性?xún)r(jià)比不斷提高。 本文以32位ARM7TDMI-S微處理器內核LPC2142為控制核心,內部模數轉換器和SPI接口控制發(fā)光二極管顯示驅動(dòng)器MC14489實(shí)時(shí)顯示溫度。 2.熱敏電阻器溫度轉換原理熱敏電阻器是一種溫度傳感器,由仿陶瓷半導體構成 熱敏電阻(NTC)不同于普通電阻器,它具有負電阻溫度特性,即當溫度升高時(shí),其電阻值降低。 圖1是熱敏電阻的特性曲線(xiàn) 熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線(xiàn)是一條具有很大非線(xiàn)性的指數曲線(xiàn),因此在使用時(shí)需要線(xiàn)性化。 線(xiàn)性化可以改善熱敏電阻的特性曲線(xiàn),但要復雜得多。 因此,在要求較低的一般應用中,通常假設溫度和電阻值在一定溫度范圍內具有線(xiàn)性關(guān)系,以簡(jiǎn)化計算。 熱敏電阻用于感測溫度,并向熱敏電阻施加恒定電流,從而可以測量電阻兩端的電壓,然后通過(guò)以下公式獲得溫度:t為測量溫度;T0是與熱敏電阻特性相關(guān)的溫度參數;k是與熱敏電阻特性相關(guān)的系數;VT是熱敏電阻兩端的電壓。 根據該公式,如果熱敏電阻兩端的電壓可以被測量并且參數T0和k是已知的,熱敏電阻的環(huán)境溫度,即測量的溫度,可以被計算,從而將電阻和溫度之間的關(guān)系轉換成電壓和溫度之間的關(guān)系。 數字電阻溫度計設計的主要工作是通過(guò)模數轉換將熱敏電阻兩端的電壓值轉換成數字并發(fā)送給單片機,然后用軟件方法計算溫度值,然后顯示打印出來(lái)。 。3.硬件電路設計今天,隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展,一些功能強大的元器件價(jià)格不斷下降,性?xún)r(jià)比不斷提高,應用于越來(lái)越多的領(lǐng)域。 本文采用32位ARM微處理器內核LPC2142代替傳統的805l單片機作為模數轉換和實(shí)時(shí)溫度顯示的控制核心。 圖2是整個(gè)系統的結構示意圖 熱敏電阻NTC與公共電阻r串聯(lián),然后與+5V電源連接,取室溫兩端的電壓,送至微控制器LPC2142的AINl(P0.28引腳)通道進(jìn)行模數轉換 轉換的啟動(dòng)模式和轉換通道的選擇可以通過(guò)設置模數轉換器控制寄存器ADC0DR來(lái)實(shí)現 轉換結果通過(guò)同步、全雙工串行SPI接口輸出到發(fā)光二極管顯示驅動(dòng)器MCl4489,用于實(shí)時(shí)溫度顯示。 3.1 ARM微控制器LPC2142簡(jiǎn)介ARM 7TDMI-S內核是一個(gè)具有馮·諾依曼架構的通用32位微處理器內核,具有高性能和低功耗的特點(diǎn)。 ARM體系結構是基于精簡(jiǎn)指令集計算機原理設計的。指令集和相關(guān)解碼機制比復雜的指令集計算簡(jiǎn)單得多 那個(gè)……arm7tdmi-s處理器采用流水線(xiàn)技術(shù),處理和存儲系統的所有部分都可以連續工作。 通過(guò)這種方式,使用小型、廉價(jià)的處理器內核很容易實(shí)現高吞吐量和實(shí)時(shí)中斷響應。 Lcp2142基于支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的3z/16位ARM7TDMI-sCPU微控制器,內置64kB高速閃存和16kB片內靜態(tài)隨機存取存儲器。 128位寬的存儲器接口和獨特的加速器接口使32位代碼能夠以zui高時(shí)鐘頻率運行。嚴格控制代碼大小的應用程序可以使用16位Thumb模式將代碼大小減少30%以上,同時(shí)其性能損失非常小 LPC2142中有一個(gè)10位逐次逼近型模數轉換器。其主要特點(diǎn)是:(1) 6個(gè)引腳復用成輸入引腳;(2)掉電模式;(3)OV ~ VREF的測量范圍通常為3V,不超過(guò)VDDA電壓;(4)每個(gè)轉換器包括一個(gè)可編程分頻器,用于將時(shí)鐘調整到逐次逼近轉換所需的4.5兆赫(較大值) 因此,10位轉換時(shí)間大于或等于4.55μ;s .(5)一個(gè)或多個(gè)輸入的突發(fā)切換模式;(6)切換可通過(guò)直接啟動(dòng)、輸入跳轉或定時(shí)器匹配信號觸發(fā);lpc2142內部還有一個(gè)硬件SPI(串行外設接口)接口。 他是一個(gè)同步、全雙工串行接口,zui大數據比特率是時(shí)鐘速率的1/8,可以配置為主或從 3.2發(fā)光二極管顯示器驅動(dòng)管理芯片MC14489 MCl4489是美國摩托羅拉生產(chǎn)的串行接口發(fā)光二極管顯示器驅動(dòng)管理芯片 只有三個(gè)輸入/輸出端口連接在其輸入端和系統的主中央處理器之間,用于接收要顯示的串行數據。 輸出端可以直接驅動(dòng)七段發(fā)光二極管顯示器,也可以驅動(dòng)指示燈。 MCL 4489內部集成了數據接收/解碼/掃描輸出/驅動(dòng)顯示器所需的所有電路,并且只需要一個(gè)外部電流設置電阻來(lái)控制發(fā)光二極管顯示器的高亮度。 每個(gè)MC14489芯片可以以以下任何一種顯示模式顯示:5位發(fā)光二極管數字加小數點(diǎn)顯示;4位半數字加小數點(diǎn)符號顯示;顯示25個(gè)指示燈;5位半數字顯示器 芯片中的解碼器電路可以輸出7段格式數字 0 ~ 9、十六進(jìn)制字母a ~ f和15個(gè)字母和符號 圖2是用單個(gè)MC14489形成5位發(fā)光二極管顯示器的例子 從圖中可以看出,由MC14489組成的顯示電路不需要添加任何限流電阻,也不需要添加反相或驅動(dòng)電路,因此電路設計非常簡(jiǎn)單。 MC 14489芯片采用特殊設計技術(shù),使其電源引腳在大電流工作條件下仍具有極低尖峰和小電磁干擾(電磁干擾)。 4.系統的軟件設計可以從熱敏電阻的溫度轉換原理的簡(jiǎn)要描述中看出:熱敏電阻特性曲線(xiàn)是一條具有很大非線(xiàn)性的指數曲線(xiàn),由于非線(xiàn)性處理的復雜性,可以在本文設計要求不高的情況下簡(jiǎn)化處理。 4.1程序設計流程圖受空間限制,本文僅給出程序設計流程圖。 整個(gè)程序的流程圖如圖3所示。 4.2溫度計計算程序在公式t = t0-kvt中,系數值k是一個(gè)很小的數 為了便于計算,取擴展k值和VT的乘積,256次。K & timesvermont 美國佛蒙特州郵編區號 乘法后,只取乘積的高位8位,丟棄低位8位,就可以抵消系數值k的256倍擴展,得到正確的結果 此外,從圖1中熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線(xiàn)可以看出,在+10 ~ 150℃的溫度范圍內,電阻與溫度的關(guān)系是線(xiàn)性的 該溫度范圍通常被視為有效溫度范圍。 當溫度超過(guò)這個(gè)范圍時(shí),用數碼管顯示F作為標志。 由于有效溫度范圍不超過(guò)150℃,用于溫度顯示的3位數碼管的顯示格式為:ADXXX,其中XXX為溫度值,圖2中的LED1和LED2僅顯示字符a和d,較后三個(gè)數碼管LED3、LED4和LED5顯示溫度值 5.結論利用串行接口和MCl4489管理芯片構成智能儀器的顯示驅動(dòng)電路,可以大大提高系統的性?xún)r(jià)比。 本文在精度不高的情況下,將熱敏電阻的特性簡(jiǎn)化為線(xiàn)性處理,用本文設計的電路測量了+10~150℃范圍內的溫度,取得了良好的效果。 在整個(gè)設計過(guò)程中應注意以下幾點(diǎn):(1) LPC2142微控制器具有獨立的模擬電源引腳VDDA和USSA。為了降低噪聲和誤差概率,模擬電源和數字電源應使用10μ;h的電感是隔離的。 (2)模數轉換參考電壓Vref的選擇應滿(mǎn)足測量精度的要求 如果想提高模數轉換的精度,通常使用基準源芯片來(lái)提供基準電壓。 TL431是一種三端可調分流基準源,具有良好的熱穩定性和低噪聲(溫度系數為30倍;10-6/℃) 本文使用該參考芯片提供參考電壓。 (3)由于本系統采用LPC2142微控制器作為SPI主機,其P0.7引腳SSEL需要連接10kω;上拉電阻
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