-
字
气
压
设
计
数
计
的
精品资料
数字气压计的设计
摘要：
本文介绍基于气压传感器
MPX4105
的精密数
字气压计系统的软、硬件实
现方法。通过气压传感器
MPX41
05
获得与气压相对的模拟电压值，并经过电压
/
频率（
V/F
）转换模块转换为数字脉冲，通过单片
机对此脉冲序列的计数等处理
后获得实际的气压值，并通过数码管显示电路显示。阐述了
系统的软件设计，
以
C
语言为开发工具
，进行了详细设计和编码。总体目标是实现系统的可靠
性、稳定性、安全性和经济性。<
/p>
关键词：
气压传感器，电压
/
频率转换，单片机
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2
精品资料
The Design of Numeral-barometer
Abstract
：
Introduces a
precise numerical barometer system based on
MPX4105, giving
the achieve-method of
soft and hardware Obtain the value of analog
voltage according to
the air pressure
via MPX4105, and convert it into numerical pulse
by the
voltage/frequency conversion.
Recur to the take count of the pulse-sequence and
relevant management by the SCM, an
actual air-pressure value is obtained. On the
system software design, development
tools is C language, a detailed design and coding.
The overall objective is to achieve
system reliability, stability, security and
economy.
Key
words:
Gs pressure
transducer
，
Voltage /
frequency conversion
，
SCM
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4
精品资料
1
引言
1.1
课题背景
数字气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或
电压信号
，然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元
件就是气压传感器
，它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方
面起着重要作用。运用于气
压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变
化来获取气压值的。相对比于普通的
水银气压计，有准确易读，易携带的优点。
气象学研究表明，
在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层，每上升
100m
气压便降低
10hPa
；在
5
～
6km
的高空，高度每增加
100m
，气压便会降低
7hPa
< br>；而当高度进一步增加时，即到
9
～
10km
的高空之后，高度每增加
100m
，气
压便会降低
5hPa
；同
样，若空气中有下降气流时，气压会增加；若空气中有上升
气流时，作用于空气柱底部的
气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的
重量称为大气压力。
< br>
数字气压计大量应用在各种工矿企业，野外作业，消费类电子产品等等的地
方。需求极为广泛。
1.2
本课题国内外研究现状
常见气压计有
液体气压计和盒式气压计。飞机上使用的高度计实际上是用盒
式气压计改装成的。常见的
液体气压计有水银气压计和酒精气压计
2
种，这
2
种
都是老式的气压计，体积大，精度低，不方便携带
且容易坏，当今社会科技高速
发展，各行各业不断出现新技术新材料，气压测量这块也是
这样，盒式气压计的
出现部分的解决了液体气压计所无法解决的缺点，比如体积、方便携
带等等。人
类社会进入
20
世纪
90
年代以后微电子行业发展极为迅速，各种各样的电子传感
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0
精品资料
器被发明且被运用到各行各
业，为人们的生产生活创造了极大的便利。数字气压
传感器亦已出现，并大量被运用，甚
至现在很多手持设备中都已经加入了气压计
功能，比如手机，
G
PS
等，方便了人们的出行旅游。
目
前国际国内很多公司都推出了其数字气压传感器，如摩托罗拉公司的
MPX4105
和
Intersema
公司的
MS5534b
另外还有华普微电子的
HP03
系列数字气压
传感器。众多数字气压传感器的出现使得多样化的数字
化气压测量装置、用品大
量出现，并越来越普及，精度也越来越高。数字气压计一般不会
只有测量气压一
种功能，一般都有其他的功能，比如测温度、指南针、码表等等的功能。
微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯
片微型计算
机。微控制器诞生于
20
世
纪
70
年代中期，经过
20
多年的发展，其成本越来越
低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不
在，遍及各个领域。例如电机控
制、条码阅读器／扫描器、消费类电子、游戏设备、电话
、
HVAC
、楼宇安全与门
禁控制、工
业控制与自动化和白色家电
(
洗衣机、微波炉
< br>)
等。本次设计也将采用
微控制器作为电子气压计的数据
采集处理和控制元件。
微控制器可从不同方面进行分类：根据
数据总线宽度可分为
8
位、
16
位和
32
位机；根据存储器结构可分为
Harvard
结构和
Von Neuman
n
结构；根据内嵌程序
存储器的类别可分为
OTP
、掩膜、
EPROM
／
EEPROM
和闪存
Flash
；根据指令结构又
可分为
CISC(Comple
x Instruction Set
Computer)
和
RISC(Reduced
Instruction
Set
Computer)
微控制器。
气压
传感器和微电子控制器的结合，可以创造出很多应用，可以说只要能有
好的想法，一般都
可以实现，气压计已经由以前的只有专业场合专业人士才能使
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1
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用的测量器具变成今天的随
处可见，方便使用的电子产品，并集成到众多的电子
产品中，都归功于电子行业技术发展
和很多有创新精神开发者。
1.3
本课题的研究意义
本课题是要设计一个利用微控制和数字化气压传感器为核心元件组成的电子
气压计系统。微控制和数字化气压传感器的结合可以使得气压计的设计更具灵活
性，测量
精度相对于液体气压计也有了显著提高。测量结果的显示也更直观，并
可灵活的加入超压
、低压报警等特殊功能，以满足某些特定需要。
通过本次设计
也较好的锻炼了本人的动手能力，为将来的工作打下了一定的
基础，同时可以充分利用课
堂所学知识进行本课题的设计，在运用这些知识的过
程中，加深了对这些知识的理解。由
原先的机械记忆变为领会本质。
1.4
本课题相关理论综述
在设计电子气压
计之前首先要搞清楚气压的定义。气压是作用在单位面积上的大
气压力，即等于单位面积
上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压以百
帕（
hP
a
）为单位，取一位小数。国际制单位：帕斯卡，简称帕，符号是
Pa
。常
用单位：标准大气压。表示气压的单位，习惯上常用
水银柱高度。例如，一个标
准大气压等于
760
毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受
1.0336
公斤重的大气压力。由于各国所用的重量和长度单位不同，因而气压单位
也不统一，这不便于对全球的气压进行比较分析。因此，国际上统一规定用＂百
帕＂作为
气压单位。经过换算：
一个标准大气压＝
1013
百帕（毫巴）
1
毫米水银
(
汞柱）柱高＝
4/3
百帕（毫巴）
1
个标准大气压＝
< br>760mm
水银
(
汞柱）柱高。
气压产生的原因：从分子动理论可知，气体的压强是大量分子
频繁地碰撞容器壁
而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大
量分子频
繁的碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值
就是压强大小。
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2
精品资料
影响压强的因素：气压的大小与海拔高度、大气温度
、大气密度等有关，
一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变
化。一年之中，冬季比夏季
气压高。一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现
在
9
～
10
时
和
15
～
16
时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在
21
～
22
时和
3
～
4
时。气压日
变化幅度较小，一般为
0.1
～
0.4
千帕，并
随纬度增高而减小。气压变化与风、天
气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。通常
所用的气压单位有帕
(Pa)
、毫
米水
银柱高
(mm
·
Hg)
、毫巴
(mb)
。它们之间的换算关系为：
100
帕＝
1
毫巴≈
3
／
4
毫米水银柱
高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、
气压计。温度为
0
℃时
760
毫米
垂直水银柱高的压力
,
标准大气压最先由意大利科
学家
托里拆利
测出。
2
系统总体设计
2.1
设计思路分析
（
1
）
设计方案一：
采用单片机主控，通过
压力传感器、
A/D
转换采集数据信息，经过含有单片
机的检测系统检测，将结果传送到单片机控制的主控器，数据通过显示器显示。
< br>原理框图如图
2.1
所示。
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3
压
力
传
A
/
D
转
单
总
片
机
单
片
机
显
示
精品资料
图
2.1
方案一原理图
（
2
）
设计方案二：
采用集成的单片机主控
，通过压力传感器将气压信号送入带
A/D
转换的单片
机中，以及在相关模拟分立元件的辅助下进行
A/D
转换以及其它的数据处理，将
处理的结果送显示部分进行显示。原理框图如图
2.2
所示。
图
2.2
方案二原理图
综上所述，方案一电路
虽然与方案二类似，都较方案一调整方便、可兼顾的
指标多，但方案一利用
PC
机平台实现软件操作，在操作运行复杂，并且性价较
底，因为耗费较大，所以在实际应用中一般不用，所以我们选择第二种方案。
设计
51
单片机数字气压计系统时，需要考
虑下面
4
个方面的内容。
①选择合适的气压传感器芯片，这要根据实际需要以及各种气压传感器的性
能参数来决定。
②选择合适的
A/D
转换器件，它的作用是将气压传感器输出的模拟电流或电
压信号
转换为数字信号。
③设计单片机和
A
/D
转换器件的接口电路。
④实现气压信息采集并输出的软件设计。
2.2
系统总体结构
本系统的总体结构框图如图
2.3
所示。
气
压
传
微
处
示
理
显
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4
精品资料
基于单片机的
初始化模
A/D
转换模
数据处理模
显
示模块
图
2.3
单片机数字气压计系统结构框图
由图
2.3
可知，整个系统的工作流程如下。
测量时被测气压由气压传感器转换为模拟的电压输出，此输出信号不能直接
交由单片机处理。因此，需要经过
V/F
转换模
块把气压传感器输出的模拟电压信号
转换为数字脉冲（其频率随输入电压呈线性变化）。
通过单片机接收该脉冲信
号，得到单位时间内获得的脉冲数，依据电压与频率的线性关系
式计算出所对应
的实际气压值，最后通过数码管显示电路显示给用户。
< br>
2.3
系统各功能模块的设计思想
<
/p>
通过对单片机各个端口的设置，以及定时器工作方式和串行口工作方式的选
择，并对定时器和串行口进行初始化用以实现对单片机和各个功能模块芯片之间
通讯联络的设定。在主程序模块中我们关键是使单片机初始化，以及分配地址空
间交代程
序中各个变量等。其中最为关键的是连接子程序的各个功能模块。
2.3.1 A/D
转换模块
单片机接受传感器的电压值为模拟信号，它要和
A/D
转换模块的锯齿波发生
装置发送过来的标准模拟信号相比较，即通过
P1.0
和
P1.1
引脚
进行比较，同时
开发定时器
0
，当待测
模拟信号超过标准模拟信号时，
P3.6
引脚信号将会发生变<
/p>
化，此时的定时器
0
的值通过量纲转化就
得到了相应的数字信号。
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5
精品资料
2.3.2
数据处理模块
数据处理模块主要是对
A/D
转换模块的数据进行多次采集，并且对采集的数
据进行处理，此处理过程主要是对采集的数据进行初值定义以及相应的移位处
理，并且把处理好的数据送入相应的缓冲区，为后面的显示模块作好准备。
2.3.3
显示模块
用单片机芯片
AT89C52
的
P0.0/AD0
－
P0.7/AD7
端口接数码管的
a
－
h
端，
8
位数码管的
S1<
/p>
－
S5
通过
AT
89C52
的
P2.0
－
P2.4
端口来控制选通每个数码管的位
选端。
在数据的显示模块中，我们采用的是
LE
D
动态显示的方式。其具体的实现过
程在上述设计思想中详细说
明。
7
段数码管选用共阳连接方式，通过端口输出编
码后的段码，对应笔画为“高电平“时点亮。
2.4
气压传感器的选择
气压传感器对于数字气压计设计的实现至关重要，需要综合实际的需求和各
类气压传感器的性能参数加以选择。
气压传感器的主要性能参数如下。
·测量范围
即所能测量的大气压力范
围，单位为
kPa
。
·测量精度
测量结果（电流或电压）的精度。
·温度补偿范围
一般要选用具有温度
补偿能力的气压传感器，因为温度补偿特性可以克服半
导体压力敏感器件存在的温度漂移
问题。
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6
精品资料
·测量的是否是绝对气压值
绝对气压
值对应的即是实际的气压值，显然要实现数字气压计需要测量绝对
气压值的气压传感器。
数字气压计显示的是绝对气压值，同时为了简化电路，提高稳
定性和抗干扰
能力，要求使用具有温度补偿能力的气压传感器
[
7]
。经过综合考虑，我们选用美
国摩托罗拉公司的集成压力传
感器芯片
MPX4105
作为气压传感器。
MPX4105
可以
产生于所加气压呈线性关系的高精度模
拟输出电压，它具有以下特点：
·供电范围：
4.85~5.35V
，典型值为
5.1V
。
·测量范围：
15~
105kPa
。
·工作温度范围：<
/p>
0~85
℃。
·温度补偿范围：
-40~+125
℃。
·测量精度为±
1.7%VFSS
。
·最低气压对应的输出电压
VOF
F
为
0.184~0.428V
，典型
值为
0.306V
；最高气
压对应的输
出电压
VOFF
为
4.804~4.9
88V
，典型值为
4.896V
；满刻
度输出电压间
距
VFSS
的典型值为<
/p>
4.590V
。
·理想的微处理器接口。
2.5
A/D
转换器件的选择
气压传感器<
/p>
MPX4105
输出的是模拟电压，因此，必须进行
A/D
转换才能交由
单片机处理。关于
A/D
转换，其模块的特点是：转换分辨率为
10<
/p>
位，最多含
8
个
输入通道和一个内部温度传感器。我采用一种电压
/
频率（
V/F
）转换电路来实现
模拟电压的数字化
处理。
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7
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V/F
转换电路由
V/F
器件实现。
V/
F
器件的作用是将输入电压的幅值转换成频
率与输入电压幅值成
正比的脉冲序列，虽然
V/F
器件本身还不能算做量化器，但<
/p>
加上定时器与计数器以后也可以实现
A/D
转换。
V/F
器件的突出特点就是它能够
把模拟电压转换成抗干扰能力强、可远距离传送并能直接输入单片机接口的脉冲
序列
。通过测试
V/F
的输出频率。可以实现
A/D
转换功能。
针对电路的实际
需要，并考虑到外围电路实现的难易程度和相应的性能指
标，我选用国家半导体公司的芯
片
LM331
来实现
A/D
转换。
LM331
是一款高精度
< br>电压
/
频率转换芯片，它具有以下特点：
·最大非线性误差为
0.01%
。
·可单、双电源供电，电压范围为
5~40V
。
·脉冲输出可兼容任何逻辑形式。
·
内部具有温度补偿能隙基准电路，因而具有极佳的温度稳定性，最大温漂为
±
50ppm/
℃。
·宽
的满量程频率范围：
1Hz~100KHz
。
< br>
2.6
三端稳压器
本设计中的
LM331
工作电源采用
+15V
，但是单片机、
MPX4105
等其他芯片需要
+5V
供电，因此还需要设计
专门的供电电路以满足整个系统的电源需求。选用摩托
罗拉公司的三端低电流线性稳压芯
片
MC78L05
作为电源电路。其输入电压范围：
2.6~24V
，输出
+5V
< br>固定电压；具有内部短路电路限制和热过载保护功能，无需外
部元器件。
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8
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2.7
数码管显示
2.7.1
数码管静态显示
当显示器显示某一个
字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，这种显
示方式每一位都需要一个
8
位输出口控制。静态显示时，较小的电流能得到较高
< br>的亮度且字符不闪烁，当显示器位数较少时，采用静态显示的方法是合适的。
2.7.2
数码管动态显示
一位一位地轮流点亮显示器各个位，对于显示器的某一位来说，每隔一段时
间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足
够快，
字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时
间的比例有关。
若显示器的位数不大于
8
，则控制显示器公共极电位只需一个<
/p>
I/O
口，控制显示器的各位所显示的字型也只需一个
8
位口。
单个
LED
是由７段发光二极管构成的显示单元。有
10
个引脚，对应于７个段、
1
个小数
点和
2
个公共端
[9]
。本设计中需要用
5
个
LED
组成显示单元，共阴极接法，
所以我们采用数码管动态显示。<
/p>
2.8
系统配置
我们以
AT89C52
单片机为整个系统的核心，通过气压传感器对气压信号的采
集、控制、放大等处理完成气压参数的自动获取，以及进行数字显示等等。在此
< br>过程中需要利用
AT89C52
单片机内部的定时器对其
进行度量，再使用软件模块对
其进行处理，即得到了
A/D
转换的结果。进行多次
A/D
转换后，我们
就可以采集
到一脉冲序列的数据，对这些数据进行适当的处理，最后通过数码管显示电路
显
示给用户，进而达到了我们对整个系统设计的基本要求。
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9
精品资料
3
硬件电路设计
经过之前的分析
,
单片机系统中的数码管显示电路，它通常
由译码器、驱动器
和显示器等部分组成，是将采集到得气压值通过数码管显示的电路。<
/p>
硬件电路离不开功能性器件，因此首先来看看本数字胎压计所采
用的主要器
件。
3.1
单片机电路部分
3.1.1
主要芯片介绍
89C52
单片机
< br>89C52
单片机的
40
条引脚
按功能来分，可以分为
3
部分，电源及时钟引脚、
控制引脚和输入
/
输出引脚。如下图
3.1
所示：
图
3.1
单片机引脚图
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10
精品资料
89C52
单片机引脚功能
主电源及时钟引脚
此类引脚包括电源
引脚
Vcc
、
Vss
< br>、时钟引脚
XTAL1
、
XTA
L2
。
（
1
）
Vcc
（
40
脚）：接
+5V
电源，为单片机芯片提供电能。
（
2
）
Vss
（
20
脚）接地。
（
3
）
XTAL1
（
19
脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大
器构成了片内的振荡器，
可提供单片机的时钟控制信号。
（
4
）
XTAL2
< br>（
18
脚）在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端
。
控制引脚
此类引脚包括
RESET
（即
RSR
/VPD
）、
ALE/PROG
、
PSEN
、
EA/VPP
< br>，可以提供控
制信号，有些具有复用功能。
（
1
）
RSR/ VPD
（
9
脚）：复位信号输入端，高电平有效，当振荡器运行时，
在此引脚加上两个机器
周期的高电平将使单片机复位（
REST
）。复位后应使此引<
/p>
脚电平保持为不高于
0.5V
的低电平，
以保证单片机正常工作。
掉电期间，此引脚可接上备用电源（
VPD
），以保持内部
RAM
中的数据不丢
失。当
Vcc
下降到低于规定值，而
VPD
在其规定的电压范围内（
5±0.5V
）时，
VPD
就向内部
RAM
提供备用电源。
（
2
）
ALE/PROG
（
30
脚）：
ALE
为地址锁存允许信号。当单片机访
问外部存储
器时，
ALE
（地址锁存允
许）输出脉冲的下降沿用于锁存
16
位地址的低
8
位。即
使不访问外部存储器，
ALE
端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的
1/
6
。但是每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中
ALE
只出现一次，即丢
失一个
ALE
脉冲。
ALE
端可以驱动
8
个
LSTTL
负载。
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11
精品资料
（
3
）
PSEN
< br>（
29
脚）：程序存储器允许输出控制端。此输出为单片
内访问外部
程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或取常数）期间，每
个
机器周期均
PSEN
两次有效。但在
此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有
效的
PSEN<
/p>
信号将不会出现。
PSEN
同样可以驱动
8
个
LSTTL
负载。
（
< br>4
）
EA/VPP
（
31
脚）：
EA
功能为内
外程序存储器选择控制端。当
EA
端保持
高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在
PC
（程序计数
器）值超过
0FFFH
时
将自动转向执
行外部程序存储器内的程序。
输入
/
输出引脚
此类引脚包括
P0
口、
P1
口、
P2
口和
P3
口。
（
1
）
P0
（
P0.0
~P0.7
）是一个
8
位三态双向
I/O
口，在不访积压处部存储器
时，做通
用
I/O
口使用，用于传送
CPU
的输入
/
输出数据，当访问外部存储器时，
此口为地址总路线低
8
位及数据总路线
分时复用口，可带
8
个
LSTTL
负载。
（
2
）
P1
（<
/p>
P1.0~P2.7
）是一个
8
位准双向
I/O
口（作为输入时，口锁存器置<
/p>
1
），带有内部上拉电阻，可带
4
个
LSTTL
负载。
（
3
）
P2
（
P2.0~P2.7
）是一个
8
位准双向
I/
O
口，与地址总路线高
8
位复用，
可驱动
4
个
LST
TL
负载。
< br>（
4
）
P3
口功能表，如下表
3.1
所示。
表
3.1
P3
口功能表
P3
口各个位的第二功能
P3
口的位
P3.0
第二功能
RXD
说明
串行数据接收口
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12
精品资料
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
TXD
INT0
INT1
T0
T1
WR
RD
串行数据发射口
外部中断
0
输入
外部中断
1
输入
计数器
0
计数输入
计数器
1
计数输入
外部
RAM
写信号
外部
RAM
读信号
3.2
气压传感和
V/F
转换电路部分
MPX4105
压力传感芯片
气压传感器选用摩托罗拉公司生产地集成压力传感芯片
MPX4105
，其引脚分
布如图
3.2
所示。
图
3.2
MPX4105
引脚分布图
各引脚功能说明如下：
VOUT(1
脚
)
：电压输出脚。
< br>
GND
（
2
< br>脚）：接地端。
NC
（
4
、
5
、
6
脚）：空引脚，用于芯片内部连接，悬空不适用。
LM331
电压
/
频率转换器
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13
?
MPX4100
1
2
3
4
5
6
VOUT GND VCC NC NC NC
精品资料
电压
/
频率转换器选用国家半导体公司的高精度
V/F
转换芯片
LM331
，其引脚
分布如图
3.3
所示。
CO
RefC
FO
1
2
3
4
?
LM331
7
6
6
5
VCC
CmpI
n
Thre
图
3.3
LM331
引脚分布图
各引脚功能说明如下：
CO(1
脚
)
：电流输出脚。
RefC
（
2
脚）：基准电流脚。此引脚可接一固定电阻串联一个可变电阻器的
组合，用于调整转
换增益。
FO
（
3
脚）：脉冲序列输出脚。该序列的频率值对应于输入电压的脉冲序
列。
GND
（
4
脚）：接地端。
R/C
（
5
脚）：组容网络引脚。
Thre
（
6
脚）：阈值电压脚。芯片内部的电压比较器会对此引脚上的电压和
7
脚
CmpIn
上的电压作比较。
CmpIn(7
脚
)<
/p>
：比较器电压输入脚。需要进行
V/F
转
换的电压经过低通滤波后
由此引脚输入。
VCC
（
8
脚）：电源脚。可采用
单、双电源供电，输入电压
5~40V
。
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14
精品资料
MC78L05
电源电路
由于数字胎压计采用的是
+15V
电源供电，
LM331
工作于
+15V
，但是单片机、
MPX4105
等其他芯片需要
+5V
供电，因此还需要设计专门的供电电路以满足整个系
统的电源需求。电源电路选用摩托罗拉公司的三端低电流线性稳压芯片
MC
78L05
。
MC78L05
具有以下
特点：
输入电压范围：
2.6~24
V
，输出
+5V
固定电压；
具有内部短路电路限制和热过载保护功能；
无须外部器件。
其引脚分布如图
3.3
所示。
各引脚功能说明如下：
Vout(1
脚
)
：
+5V
固定电压输出脚。
GND(2
脚
)
：接地端。
<
/p>
Vin(3
脚
)
：电压输入脚，可输入的电压范围为
2.6~24V
。
?
MC78L05
1
2
3
Vout GND Vin
图
3.4
MC78L05
引脚分布图
数字胎压计的硬件电路可分为
4
个部分：气压
传感器、
V/F
转换电路、单片
机电路
和电源电路。
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15
精品资料
气压传感和
V/F
转换电路的原理图如图
3.5
< br>所示。
图
3.5
基于
MPX4105
的数字胎压计系统气压传感及
V/F
转换电路原理图
图
3.5
中，
U3
为气压传感芯片
MPX4105
，它工作于
+5V
电压，将被测电压转
换为输出电压（对应图中网络标号为
< br>Vin
），送至
V/F
转换电路
。电阻
R5
和电容
C7
构成典型的去耦合滤波电路。
U2
< br>为
V/F
转换芯片
LM331<
/p>
，它工作于
+15V
电压，此电路的设计
可参考
LM331
的芯片资料。在此电路中，电压
Vin
和输出脉冲
FO
的频
率
fo
的转换关系满足公
式（
1
）。
Fo=Kvin
(1)
其中，
K=
1
?
Rs
?
1
2
.
09
R
L
RtCt
, Rs=R2+R3
（
2
）
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16
精品资料
电路中，
< br>Rt
、
Ct
和
< br>RL
的典型值分别为
6.8k
?
、
0.01pf
和
100k
?
，
Rs
由一个
定值电阻
R2
和一个可
变电路
R3
串联组成，其中，
R2
为
22k
?
，
R3
的最大阻值为
12k
< br>?
，通过可变电阻
R3
调节
Rs
的阻值可以实现对电路转换增益的调整。
气压的变化引起
Vin
的变化，而
Vin
在满刻度输出电压间距
V
FSS
内变化，
V
F
SS
典型值为
4.590V
，所以
Vin
变化范围很小，那么根据
fo=KV
in
的关系式，必
须增大
K
值，才能提高测量的精度。
fo
通过单片机的定时
/
计数器
1
的
计数测
得，该计数器的计数范围为
0~65536
，
500ms
计数频率
1<
/p>
次。因此，
K
值的选取还
要考虑到计数器的计数范围。综合考虑之后，将
K
值设
为
2000
，这样代入式
（
2
）计算，可知
R3
的阻
值应调节到
6.424k
?
。
图
3.5
中，
Cin
和
Rin
构成
低通滤波器，滤除输入电压信号中的干扰脉冲。
其中，
Cin<
/p>
取
0.1
?
f<
/p>
，
Rin
取
10
0k
?
，
C
L
的取容值为
1
?
f
的漏极电流小的电容。
3.3
胎压计电源与单片机电路部分
数字胎
压计的设计的电源与单片机电路原理图如图
3.6
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17