基于LM3S101 處理器的溫度測量模塊設(shè)計(jì)

　　1.2 處理器的選型：

　　處理器是整個(gè)測溫模塊的控制及數(shù)據(jù)處理的核心。特別是在本設(shè)計(jì)中，由于熱敏電阻的阻值需要直接由處理器進(jìn)行檢測，其性能會(huì)對(duì)測溫效果、精度、數(shù)據(jù)處理速度等產(chǎn)生較大影響。綜合處理器速度、性能與價(jià)格的考慮，選用ARM 處理器LM3S101。LM3S101 是基于ARM CortexTM-M3 內(nèi)核的控制器，該器件是32 位處理器，采用哈佛架構(gòu)、Thumb-2 指令集，主要特點(diǎn)[2]如下：1）具有32 位RISC 性能；2）具有2 個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器，內(nèi)部集成了8 KB 單周期的Flash ROM，2 KB 單周期的SRAM；3）具有2 個(gè)32 位的通用定時(shí)器，其中每個(gè)都可配置為1 個(gè)32 位定時(shí)器或2 個(gè)16 位定時(shí)器，同時(shí)還有遵循ARM FiRM 規(guī)范的看門狗定時(shí)器；4）具有同步串行接口SSI，和UART 串行接口， 具有很強(qiáng)的信號(hào)傳輸功能；5）2~18 個(gè)GPIO 端口，可編程靈活配置；6）時(shí)鐘頻率達(dá)到20 MHz。

　　除此之外， 該款處理器由于采用CortexTM-M3 內(nèi)核，支持單周期乘法運(yùn)算，這在測溫?cái)?shù)據(jù)處理時(shí)會(huì)有較高的數(shù)據(jù)處理速度與效率。同時(shí)，該處理器成本低。

　　1.3 影響測溫精度的主要因素：

　　由于采用RC 充放電的方式獲取熱敏電阻阻值， 因此整個(gè)測溫模塊所需外圍元件很少，熱敏電阻阻值獲取的精度是影響模塊測溫精度的主要因素之一。由熱敏電阻阻值獲取原理可以看出，影響測溫精度的主要因素有：1）參考電阻RF的精度；2）熱敏電阻RT的精度；3）處理器內(nèi)部定時(shí)器的位數(shù)與精度。處理器工作頻率越高，定時(shí)器位數(shù)越大，則處理精度越好。

　　阻值獲取的精度是與處理器的輸出電壓值、門限電壓值、電容C 的精度、電阻RD的精度無關(guān)的，因此只要合理選擇處理器和高精度的RF與RT， 就可以使熱敏電阻阻值的測量有較小的誤差。為保證測溫精度，熱敏電阻RT選用標(biāo)稱值為10 kΩ（或100 kΩ），B 值為3 950，1%精度熱敏電阻，參考電阻RF選用10 kΩ（或100 kΩ），1%精度的金屬膜電阻。

　　1.4 模塊硬件電路設(shè)計(jì)：

　　以ARM 處理器LM3S101 為核心， 結(jié)合上述熱敏電阻阻值獲取原理，給出該測溫模塊核心部分電路原理圖，如圖2 所示。

　　由圖2 可看出，按上述的電容充放電熱敏阻值檢測原理進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，核心部分電路較為簡潔，避免了傳統(tǒng)方式中A/D 器件的應(yīng)用，達(dá)到了簡化硬件電路設(shè)計(jì)，降低硬件成本的目的。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)又不過多占用處理器的I/O 端口，對(duì)處理器資源的占用也較少。由于這種方式在阻值獲取時(shí)需處理器具有較高的計(jì)數(shù)精度，而在阻值到溫度值轉(zhuǎn)換時(shí)需處理器具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力， 因此選用LM3S101 進(jìn)行核心處理，其20 MHz 的時(shí)鐘頻率及ARMCortex-M 內(nèi)核集成的硬件乘法單元對(duì)此有很好的保證。電路圖中，其他部分簡要說明：SP6201是集復(fù)位功能于一體的低壓差線性穩(wěn)壓（LDO）器，將5 V 電源轉(zhuǎn)換為處理器LM3S101 所需的3.3 V， 同時(shí)產(chǎn)生處理器工作所需的復(fù)位信號(hào)。電阻RF、RT、RS和電容C6構(gòu)成RC 充放電電路，用以實(shí)現(xiàn)熱敏電阻阻值的檢測，與處理器通過PA2、PA3、PA4 3 個(gè)GPIO 接口相連。LM3S101 的10 和11 引腳使用其UART 功能，連接至電平轉(zhuǎn)換電路，以實(shí)現(xiàn)模塊通過串口的通信及溫度數(shù)據(jù)發(fā)送功能。