基于ARM微處理器LPC2148的LED溫度顯示器設(shè)計

馮若曄 ， 沈大偉， 祖靜

（中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點實驗室， 山西 太原 030051）

0 引言

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展，溫度測量逐漸被人們所關(guān)注，對于溫度的合理調(diào)節(jié)和控制，對于對溫度要求較高的生產(chǎn)環(huán)境顯得至關(guān)重要。本文采用LPC2148作為主要處理器，它具有超小LQFP64封裝的32位ARM7TDMI-S微控制器。40KB的片內(nèi)RAM和512KB的片內(nèi)FLASH程序存儲器。LPC2148具有豐富的I/O口并且I/O口的復(fù)用功能使設(shè)計更加靈活。

1 硬件設(shè)計

LED溫度顯示器硬件模塊主要包括：模擬信號處理電路、ARM微處理器電路、CPLD邏輯控制電路和LED顯示電路，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體原理圖

1.1 模擬信號處理電路

模擬信號經(jīng)溫度傳感器被轉(zhuǎn)換成電壓信號之后，在被送入A/D轉(zhuǎn)換器之前，需要將此電壓信號進行放大和濾波，使其成為適合A/D轉(zhuǎn)化的電壓信號。本設(shè)計中采用INA128和OPA340來實現(xiàn)放大的作用使用低通濾波器進行濾波以消除干擾信號。INA128為精密低功耗儀表放大器，通過R1進行放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。OPA340為運算放大，兩者結(jié)合使放大倍數(shù)達到理想值。

1.2 ARM微處理器電路

LPC2148自帶2個10位逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0和ADC1）,測量范圍為0V～VREF，10位轉(zhuǎn)換時間大于或等于2.44μs。AD0.7:6，AD0.4:1，AD1.7:0,為模擬輸入。VREF為A/D模塊參考電壓。VDDA和VSSA為模擬電源和地。

1.3 CPLD邏輯控制電路

本設(shè)計采用CPLD（XCR3128）進行邏輯控制。XCR3128具有豐富的I/O口，通過內(nèi)部邏輯設(shè)計，來控制4個LED的顯示。通過XCR3128將ARM的I/O進行擴展到達控制7段LED的目的。ARM微處理器的數(shù)據(jù)經(jīng)CPLD進行串并轉(zhuǎn)換后由LED進行逐位顯示。通過擴展I/O的方式來驅(qū)動LED有其絕對的優(yōu)點：（1）ARM微處理器不需要反復(fù)掃描，只需當LED的輸出值改變的時候才通過GPIO來更新LED顯示，這樣就節(jié)省了處理器的時間。（2）每一段LED顯示段都有一個I/O來控制，因此不需要過大的電流做驅(qū)動。

2 軟件設(shè)計

軟件部分包括A/D轉(zhuǎn)換C語言編程、CPLD邏輯實現(xiàn)和LED顯示輸出編程，軟件框圖如圖2所示。

2.1 A/D實現(xiàn)

本設(shè)計中模擬電壓的的輸入口選擇的是A/D1.6，選用最大10位轉(zhuǎn)換精度，設(shè)置全局變量用來存放所得的溫度值degree。

Viod cadegree ( )

{

double voltage;

AD1CR= (1<<6) | (Fplck/100000-1)<<8) |(0<<16) | (0<<17) | (1<<21) | (1<<24) ;

//選擇A/D轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換時鐘為1MHZ，使用11個時鐘轉(zhuǎn)換，啟動A/D轉(zhuǎn)換

While（（AD1DR& ( (unsigned int)1<<31)）==0）

//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束

votage=2.5*((double) ((AD1DR>>6)&0x3FF))

degree= (int) (votage*100000000/Res);// 通過壓降和溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到當前的溫度值。

2.2 CPLD邏輯實現(xiàn)

CPLD主要實現(xiàn)I/O的擴展及4位LED的顯示。通過邏輯設(shè)計達到將數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換的目的，以此來控制每一個LED位的數(shù)據(jù)顯示。

2.3 LED顯示輸出

viod playLED(int degree)

int i;

int bit4=degree/1000; //得到溫度的百位數(shù)值

int bit3=(degree%1000)/100; //得到溫度的十位數(shù)值

int bit2=(degree%100)/10; //得到溫度的個位數(shù)值

int bit1=degree%10; //得到溫度的小數(shù)位數(shù)值

for（i=7;i>=0;i--）//更新各個位的顯示

{.....

}

圖2 總體流程圖

2.4 仿真結(jié)果

圖3為CPLD串聯(lián)并的仿真結(jié)果。經(jīng)過仿真可以明確程序在理論上可順利通過。因此CPLD對各位LED的顯示控制作用可以完成。

圖3 Modelsim環(huán)境下仿真圖

3 總結(jié)

本設(shè)計采用LPC2148是基于它的內(nèi)部資源豐富，低功耗，低成本，存儲量大等優(yōu)點作為出發(fā)點，可以利用其內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換模塊，同時其內(nèi)部的Flash可達512KB，該溫度顯示器適用于生產(chǎn)生活等各個領(lǐng)域測量范圍-20°C～100°C（由所選的溫度傳感器決定），測量精度為0.1°C，應(yīng)用范圍十分廣闊，并且操作簡單，顯示直觀。因此有著很高的實用價值。

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