基于ARM的溫度測(cè)量系統(tǒng)－ADC模塊開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

　　摘要：本設(shè)計(jì)以我校自主研發(fā)的ARM嵌入式系統(tǒng)用戶板為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，外部配有LCM12864顯示屏、LED顯示模塊，按鍵及各種通訊接口等。該設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了ARM的ADC模塊、液晶顯示模塊及外加的一個(gè)PT100溫度傳感器。利用溫度傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，再由ADC模塊將采集到的電壓信號(hào)通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。本文對(duì)所用芯片的工作特性、ADC模塊及溫度傳感器PT100的工作原理做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的方法及流程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該溫度測(cè)量系統(tǒng)能正常工作，并可移植應(yīng)用于多種溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞：PT100 ARM7 液晶屏 ADC

　　ADC module development and application－Based on the ARM temperature measurement system

　　Absrtact:This design with taking our self-developed ARM embedded system user plate as development platform ，using ARM7 TDMI-S-- LPC2148 producted by Philips as MCU.Peripheral equipment include the LCM12864 screen， LED display module，buttons，various communication interface，etc. The design mostly depends on ADC module of ARM， LCD module， temperature sensor PT100. In order to realize the development of temperature real-time measuring system， the temperature sensor transforms temperature fluctuation into voltage change， and show the voltage signal collected by ADC module on the LCD display.This article makes brief explanation about the job character of chip， basic principle of ADC and pt100 besides describing the method and process of software design in details. The test results indicate the temperature measurement system can work normly， and can be applied to various temperature monitoring system.

　　Key words： PT100 ARM7 LCD ADC

　　緒論

　　1.1 技術(shù)背景

　　基于ARM核的32位RISC微處理器的應(yīng)用日益廣泛，該處理器具有高速、低耗、多功能等獨(dú)特亮點(diǎn)。尤其是微型操作系統(tǒng)的嵌入，實(shí)現(xiàn)了ARM嵌入式系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性、高可靠性、多任務(wù)管理等優(yōu)異特性，成為真正意義上的嵌入式系統(tǒng)。目前，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用己遍及網(wǎng)絡(luò)、通訊、信息家電、工業(yè)控制、航空、航天等高端應(yīng)用領(lǐng)域，并且正在逐步滲入到人們生活的各個(gè)方面，越來(lái)越多的工程技術(shù)人員進(jìn)入了ARM嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

　　1.2 選題意義

　　1.2.1 ADC的作用

　　采集是認(rèn)知的開(kāi)始、測(cè)量的前提、分析的基礎(chǔ)，絕大多數(shù)的電子設(shè)備、儀器都是以數(shù)據(jù)采集技術(shù)為基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，信號(hào)的傳輸速度和CPU的處理速度越來(lái)越快，因此對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理的要求也越來(lái)越高。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成等效數(shù)字量的量化過(guò)程，可采用單片集成電路和高性能的組件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的重要特性通過(guò)精度、線性度、單調(diào)性、分辨率、轉(zhuǎn)換速度、穩(wěn)定性等指標(biāo)來(lái)衡量，還有一些可供選用的其它技術(shù)性能，諸如輸入范圍、數(shù)字輸出編碼等。模擬數(shù)據(jù)以數(shù)字形式收集后可便于存貯、傳送、處理和顯示，因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換在音、視頻信號(hào)處理、電子測(cè)量和工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1.2.2 基于ARM的溫度測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的意義

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多用于電子測(cè)量和工業(yè)控制系統(tǒng)。采集到的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入微處理器主控單元，通過(guò)處理實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制?，F(xiàn)在的高速系統(tǒng)對(duì)ADC模塊的要求很高，由于低端的MCU和ADC芯片已經(jīng)難以滿足高性能的應(yīng)用要求，因此大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員將目光瞄向了ARM芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。AMR芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于其高速、多路、廉價(jià)等諸多優(yōu)勢(shì)而被廣泛采用。利用ARM的10位AD轉(zhuǎn)換器，外加一個(gè)鉑電阻（PT100精密溫度傳感器）就可以實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍、高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)。

　　選擇基于ARM的溫度測(cè)量系統(tǒng)題目，在于提高我對(duì)ARM系列單片機(jī)的應(yīng)用能力和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

　　1.3 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案

　　本課題設(shè)計(jì)是根據(jù)我校老師自主研制的ARM實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。用IAR軟件對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行程序編寫(xiě)并進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)程序調(diào)試無(wú)誤后，將程序下載到ARM實(shí)驗(yàn)板上。運(yùn)用一個(gè)PT100溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)ARM芯片的AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬信號(hào)（電壓）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)LCD顯示出所采集到的數(shù)字信號(hào)。由PT100溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為電壓，將電壓送到LPC2148的ADC模塊中，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在寄存器中并送到實(shí)驗(yàn)班的LCD顯示屏上，實(shí)時(shí)顯示溫度變化。

　　設(shè)計(jì)方案如圖1-1所示：

　　圖1-1 設(shè)計(jì)方案圖

　　2 功能模塊說(shuō)明

　　2.1 ARM主控芯片（LPC2148）

　　2.1.1 工作特性

　　LPC2148是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7 TDMI-S的微控制器，帶有32kB和512kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(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%，而性能的損失卻很小。其主要特性如下：

　?。?） 16/32位ARM7TDMI-S微控制器，超小LQFP64封裝；

　　（2） 32kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和512KB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，加速器可實(shí)現(xiàn)60 MHz工作頻率；

　?。?） 通過(guò)片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程（ISP和IAP），單個(gè)Flash扇區(qū)或整片擦除時(shí)間只有400ms，256字節(jié)的編程時(shí)間為1ms；

　?。?） Embedded ICE RT和嵌入式跟蹤接口提供實(shí)時(shí)調(diào)試（通過(guò)片內(nèi)Real Monitor軟件）和高速跟蹤指令執(zhí)行；

　?。?） USB 2.0全速設(shè)備控制具有2KB的端點(diǎn)RAM，此外LPC2146/8提供8KB的片內(nèi)RAM，可被USB的DMA控制器訪問(wèn)；

　?。?） 2個(gè)10位ADC轉(zhuǎn)換器，提供總共6/14路模擬輸入，每個(gè)通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44us；

　　（7） 1個(gè)10位的D/A轉(zhuǎn)換器提供可變的模擬。信號(hào)的輸出；

　?。?） 2個(gè)32位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器（帶4路捕獲和4路比較通道），PWM單元（6路輸出）和看門(mén)狗；

　　（9） 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘（（RTC）具有獨(dú)立的電源和特定的32kHz時(shí)鐘輸入；

　　（10） 多個(gè)串行接口，包括2個(gè)UART（16C550）、2個(gè)高速I2C總線（400 kbit/s）SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的SSP；

　　（11） 向量中斷控制器（VIC）可以配置優(yōu)先級(jí)和向量地址；

　　（12） 多達(dá)45個(gè)可承受5V電壓的通用I/O接口（LQFP64封裝）；

　?。?3） 多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳；

　　（14） 通過(guò)一個(gè)可編程的片內(nèi)PLL（100ms的設(shè)置時(shí)間）可以實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作；

　　（15） 片內(nèi)集成振蕩器可操作頻率為1MHz~30MHz的外部晶體或頻率高達(dá)50MHz的外部振蕩器；

　　（16） 具有低功耗模式（空閑和掉電模式）；

　?。?7） 可以通過(guò)個(gè)別使能/禁止外圍功能和外圍時(shí)鐘分頻來(lái)優(yōu)化額外的功耗；

　?。?8） 可外部中斷，USB，掉電檢測(cè)或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘將處理器從掉電模式中喚醒；

　?。?9） 單電源，具有上電復(fù)位和掉點(diǎn)檢測(cè)功能；

　　（20） CPU可操作 電壓范圍：3.0V~3.6V（3.3V±10％）；