基于LM3S101 处理器的温度测量模块设计

　　1.2 处理器的选型：

　　处理器是整个测温模块的控制及数据处理的核心。特别是在本设计中，由于热敏电阻的阻值需要直接由处理器进行检测，其性能会对测温效果、精度、数据处理速度等产生较大影响。综合处理器速度、性能与价格的考虑，选用ARM 处理器LM3S101。LM3S101 是基于ARM CortexTM-M3 内核的控制器，该器件是32 位处理器，采用哈佛架构、Thumb-2 指令集，主要特点[2]如下：1）具有32 位RISC 性能；2）具有2 个内部存储器，内部集成了8 KB 单周期的Flash ROM，2 KB 单周期的SRAM；3）具有2 个32 位的通用定时器，其中每个都可配置为1 个32 位定时器或2 个16 位定时器，同时还有遵循ARM FiRM 规范的看门狗定时器；4）具有同步串行接口SSI，和UART 串行接口， 具有很强的信号传输功能；5）2~18 个GPIO 端口，可编程灵活配置；6）时钟频率达到20 MHz。

　　除此之外， 该款处理器由于采用CortexTM-M3 内核，支持单周期乘法运算，这在测温数据处理时会有较高的数据处理速度与效率。同时，该处理器成本低。

　　1.3 影响测温精度的主要因素：

　　由于采用RC 充放电的方式获取热敏电阻阻值， 因此整个测温模块所需外围元件很少，热敏电阻阻值获取的精度是影响模块测温精度的主要因素之一。由热敏电阻阻值获取原理可以看出，影响测温精度的主要因素有：1）参考电阻RF的精度；2）热敏电阻RT的精度；3）处理器内部定时器的位数与精度。处理器工作频率越高，定时器位数越大，则处理精度越好。

　　阻值获取的精度是与处理器的输出电压值、门限电压值、电容C 的精度、电阻RD的精度无关的，因此只要合理选择处理器和高精度的RF与RT， 就可以使热敏电阻阻值的测量有较小的误差。为保证测温精度，热敏电阻RT选用标称值为10 kΩ（或100 kΩ），B 值为3 950，1%精度热敏电阻，参考电阻RF选用10 kΩ（或100 kΩ），1%精度的金属膜电阻。

　　1.4 模块硬件电路设计：

　　以ARM 处理器LM3S101 为核心， 结合上述热敏电阻阻值获取原理，给出该测温模块核心部分电路原理图，如图2 所示。

　　由图2 可看出，按上述的电容充放电热敏阻值检测原理进行硬件设计，核心部分电路较为简洁，避免了传统方式中A/D 器件的应用，达到了简化硬件电路设计，降低硬件成本的目的。同时，这种设计又不过多占用处理器的I/O 端口，对处理器资源的占用也较少。由于这种方式在阻值获取时需处理器具有较高的计数精度，而在阻值到温度值转换时需处理器具有较强的运算能力， 因此选用LM3S101 进行核心处理，其20 MHz 的时钟频率及ARMCortex-M 内核集成的硬件乘法单元对此有很好的保证。电路图中，其他部分简要说明：SP6201是集复位功能于一体的低压差线性稳压（LDO）器，将5 V 电源转换为处理器LM3S101 所需的3.3 V， 同时产生处理器工作所需的复位信号。电阻RF、RT、RS和电容C6构成RC 充放电电路，用以实现热敏电阻阻值的检测，与处理器通过PA2、PA3、PA4 3 个GPIO 接口相连。LM3S101 的10 和11 引脚使用其UART 功能，连接至电平转换电路，以实现模块通过串口的通信及温度数据发送功能。