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詳解微壓力傳感連接器電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2015-02-01 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】微壓力傳感器信號是控制器的前端,它在測試或控制系統(tǒng)中處于首位,對微壓力傳感器獲取的信號能否進(jìn)行準(zhǔn)確地提取、處理是衡量一個(gè)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。后續(xù)接口電路主要指信號調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)也是重中之重。
 
后續(xù)接口電路主要指信號調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路,即能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。由于用集成電路工藝制造出的壓力傳感器往往存在:零點(diǎn)輸出和零點(diǎn)溫漂,靈敏度溫漂,輸出信號非線性,輸出信號幅值低或不標(biāo)準(zhǔn)化等問題。
  
電橋放大電路
  
由于所測出的微壓力傳感器兩端的電壓信號較弱,所以電壓在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換之前必須經(jīng)過放大電路的放大(見圖2)。INA118 由3 個(gè)運(yùn)算放大器組成差分放大結(jié)構(gòu),內(nèi)置輸入過壓保護(hù),且可通過外置不同大小的電阻實(shí)現(xiàn)不同的增益(從1 到1 000),因而應(yīng)用范圍很廣。
電橋放大電路
圖2 電橋放大電路
  
通過在腳1 和腳8 之間外接一電阻Rg 來實(shí)現(xiàn)不同的增益,該增益可從1 到1 000 不等。電阻Rg 為式中G 為增益。由于Rg 的穩(wěn)定性和溫度漂移對增益有影響,因此,在需要獲得高精度增益的應(yīng)用中對Rg 的要求也比較高,應(yīng)采用高精度、低噪聲的金屬膜電阻。此外,高增益的電路設(shè)計(jì)中的Rg 值較小,如G=100時(shí)的Rg 值為1.02 kΩ;G=1 000 時(shí)的Rg 值為50.5Ω。
  
AD7715 接口電路
  
為了實(shí)現(xiàn)對微壓力的實(shí)時(shí)測量,使用 16 位的AD7715對輸出電壓進(jìn)行采樣測量,其中AD780提供2.5V 高精度基準(zhǔn)電壓。P3.1 腳提供了AD 工作所需的時(shí)鐘,P1.4 和P1.5 腳接收和發(fā)送通訊數(shù)據(jù),P1.6 是片選信號,P1.7 接DRDY ,AT89S52可以通過查詢P1.7 的狀態(tài)來判斷是否可以讀取AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D 接口電路如圖3所示。
A/D 轉(zhuǎn)換電路
圖3 A/D 轉(zhuǎn)換電路
 
單片機(jī)接口電路
  
AT89S52是一個(gè)低功耗,高性能CMOS 8 位單片機(jī),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及80C51 引腳結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)使用的復(fù)位電路是由22μF 的電容,1 kΩ的電阻及IN4148 二極管組成。在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下,該復(fù)位電路的優(yōu)點(diǎn)在于降低復(fù)位引腳的對地阻抗,可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。二極管可以實(shí)現(xiàn)快速釋放電容電量的功能,滿足短時(shí)間復(fù)位的要求。本設(shè)計(jì)的單片機(jī)連接電路如圖4 所示,輸入信號為經(jīng)7715A/D 轉(zhuǎn)換的模擬電壓,單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理后輸入到LCD1602 液晶顯示,顯示出相應(yīng)的壓力值。
單片機(jī)連接電路
圖4 單片機(jī)連接電路
  
通過對微壓力傳感器的應(yīng)用、特點(diǎn)及工作特性等方面的研究,并對微壓力傳感器接口電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),在電路框圖中充實(shí)了各個(gè)部分的內(nèi)容。首先采用惠斯通電橋?yàn)V出微壓力傳感器輸出的變量,然后用INA118放大器將此信號放大,再用7715A/D 轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)LCD 將其顯示。完善了微壓力傳感器接口電路,使電路在功能性、穩(wěn)定性、可靠性及小型化等方面都有所增強(qiáng)。
 
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