由于電子技術的飛速發(fā)展，電子元器件的性價比不斷得到提高,。本文采用32位的ARM7" title="ARM7">ARM7 TDMI-S微處理器核LPC2142" title="LPC2142">LPC2142為控制核心,，利用其內(nèi)部自帶的A/D轉換器和SPI接口來控制LED顯示驅動器MC14489進行溫度的實時顯示。
2 熱敏電阻" title="熱敏電阻">熱敏電阻溫度的轉換原理
熱敏電阻是溫度傳感器的一種,，他由仿陶瓷半導體組成,。熱敏電阻(NTC)不同于普通的電阻，他具有負的電阻溫度特性,，即當溫度升高時,，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，因此在使用時要進行線性化處理,。線性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線,，但是比較復雜。為此,，在要求不高的一般應用中,，常做出在一定的溫度范圍內(nèi)溫度與阻值成線性關系的假定，以簡化計算,。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，電阻兩端就可測到一個電壓,，然后通過公式下面的公式可求得溫度：
T為被測溫度,；T0為與熱敏電阻特性有關的溫度參數(shù)；K為與熱敏電阻特性有關的系數(shù),；VT為熱敏電阻兩端的電壓,。
根據(jù)這一公式，如果能測得熱敏電阻兩端的電壓,，再知道參數(shù)T0和K,，則可以計算出熱敏電阻的環(huán)境溫度，也就是被測的溫度,，這樣就把電阻隨溫度的變化關系轉化為電壓隨溫度變化的關系了,。數(shù)字式電阻溫度計" title="溫度計">溫度計設計的主要工作，就是把熱敏電阻兩端電壓值經(jīng)過A/D轉換成數(shù)字量送到單片機中，然后通過軟件方法計算出溫度值,，再進行顯示,、打印等處理。
3 硬件電路設計
在電子技術迅猛發(fā)展的今天,，一些功能強大的元器件價格不斷下降,，使其性價比不斷得到提高，應用領域越來越廣泛,。本文就是采用32位的ARM微處理器核LPC2142代替?zhèn)鹘y(tǒng)的805l單片機為控制核心,，進行A/D轉換和溫度實時顯示。圖2為整個系統(tǒng)的結構原理圖,。
熱敏電阻NTC串聯(lián)上一個普通電阻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)通道進行A/D轉換,。轉換啟動方式以及轉換通道的選擇可通過設置ADC控制寄存器ADC0DR來實現(xiàn)。轉換的結果通過一個同步,、全雙工串行SPI接口輸出到LED顯示驅動器MCl4489進行溫度的實時顯示,。
3．1 ARM微控制器LPC2142簡介
ARM 7 TDMI-S核是通用的32位微處理器核，采用馮．諾依曼結構,，具有高性能和低功耗特性,。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理設計的，指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多,。．ARM 7 TDMI-S處理器使用流水線技術,，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可以連續(xù)工作。這樣,，使用一個小的,、廉價的處理器核就可以非常容易地實現(xiàn)很高的吞吐量和實時的中斷響應。
LPC2142是基于一個支持實時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存儲器和16 kB的片內(nèi)SRAM,。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速器接口使32位代碼能夠在最高時鐘頻率下運行，對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30％,，而其性能的損失卻很小,。
LPC2142內(nèi)部帶有一個10位逐次逼近式A/D轉換器，其主要特性為：
(1)6個引腳復用為輸入腳,；
(2)掉電模式,；
(3)測量范圍O V～Vref通常為3 V，不超過VDDA電壓),；
(4)每個轉換器包含一個可編程分頻器,，可將時鐘調(diào)整至逐次逼近轉換所需的4．5 MHz(最大)。這樣，10位轉換時間大于或等于4．55μs,；
(5)一個或多個輸入的突發(fā)轉換模式,；
(6)可選擇由直接啟動、輸入跳變或定時器匹配信號觸發(fā)轉換,；
LPC2142內(nèi)部還擁有一個硬件SPI(Serial Peripheral Interface)接口。他是一個同步,、全雙工串行接口,，最大數(shù)據(jù)位速率為時鐘速率的1/8，可配置為主機或者從機,。
3．2 LED顯示驅動管理芯片MC14489
MCl4489是美國MOTOROLA公司生產(chǎn)的串行接口LED顯示驅動管理芯片,。其輸入端與系統(tǒng)主CPU之間只有3條I/0口線相聯(lián)，用來接收待顯示的串行數(shù)據(jù),。輸出端既可以直接驅動七段LED顯示器,，也可以驅動指示燈。
MCl4489內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)接收/譯碼/掃描輸出/驅動顯示所需的全部電路,，僅需要外接一具電流設定電阻就可以對LED的顯示高亮度進行控制,。每個MC14489芯片可以用以下任意一種顯示方式進行顯示：5位LED數(shù)字加小數(shù)點顯示； 4位半數(shù)字加小數(shù)點帶符號顯示,；25支指示燈顯示,；5位半數(shù)字顯示。該芯片內(nèi)含的譯碼器電路可輸出七段格式的數(shù)字0～9,，16進制的字母A～F以及15個字母和符號,。
圖2是用單片MC14489構成一個5位LED顯示器的例子。由圖可知,，用MC14489構成顯示電路既不用加任何限流電阻,，也不用附加反相或驅動電路，電路設計非常簡捷,。
MC14489芯片采用特殊的設計技術,，使其電源引腳在大電流工作的情況下仍具有最低的尖峰和較小的EMI(電磁交互干擾)。
4 系統(tǒng)軟件設計
由前面熱敏電阻溫度轉換原理的簡述可知：熱敏電阻特性曲線是一條指數(shù)曲線,，非線性度較大,，又由于非線性處理比較復雜，在本文設計要求不是很高的情況下可以做以簡化來處理,。
4．1 程序設計流程圖
限于篇幅,，本文只給出程序設計的流程圖。整個程序的流程圖如圖3所示,。
4．2 溫度計算程序
在公式T=T0－KVT中,，系數(shù)值K是一個很小的數(shù)。為了方便計算，取擴大256倍后的K值和VT作乘積,，即256×K×VT,。相乘后，對乘積只取高8位舍棄低8位,，就可以抵消系數(shù)值K擴大256倍的影響,，得到正確的結果。
此外,，從圖1中熱敏電阻的阻值一溫度特性曲線可以看出,，在+10～150℃的溫度范圍內(nèi)，阻值與溫度的關系線性度較好,。通常就把這個溫度范圍作為有效溫度范圍,。當溫度超出這個范圍時，用數(shù)碼管全部顯示F作為標志,。
由于有效溫度范圍沒有超過150℃,，所以溫度顯示用3位數(shù)碼管，其顯示格式為：AD XXX其中,，XXX為溫度值,，圖2中的LED1和LED2只顯示字符A和D，后面三只數(shù)碼管LED3,，LED4和LED5顯示溫度值,。
5 結 語
采用SPI串行接口和MCl4489管理芯片來構成智能化儀器儀表的顯示驅動電路可使系統(tǒng)的性能價格比獲得大幅度的提高。本文在要求精度不是很高的情況下,，將熱敏電阻的特性做了簡單化線形處理,，并利用本文的設計電路對+10～150℃范圍內(nèi)的溫度進行了測量，達到了良好效果,。在整個設計過程中需要注意的問題有以下幾點：
(1)LPC2142微控制器具有獨立的模擬電源引腳VDDA,，USSA，為了降低噪聲和出錯幾率,，模擬電源與數(shù)字電源應當用一個10μH的電感進行隔離,。
(2)A/D轉換參考電壓Vref的選擇要滿足測量精度的需要。如果想提高A/D轉換精度,，一般均采用基準源芯片來提供參考電壓,。TL431是一個具有良好熱穩(wěn)定性能的、低噪聲的三端可調(diào)分流基準源(溫度系數(shù)為30×10-6/℃),。本文就是采用該基準源芯片來提供參考電壓,。
(3)由于本系統(tǒng)中LPC2142微控制器作為SPI主機來使用，故其P0．7引腳SSEL要接一個10 kΩ的上拉電阻,。