来源：单片机及嵌入式系统应用  作者：清华大学 安鹏

摘  要：压力测控系统是嵌入式应用中常见的应用模块之一，被广泛地应用于现代工业的各种测控系统中。本文介绍基于Freescale公司生产的压力传感器MPxM2010、微控制器68HC908QT4等低成本器件设计的压力测控系统，并在硬件成本几乎不增加的情况下，通过搭配简单的模拟电路和软件上的编程，增加系统测量精度。文中对精度改进前后的系统做了数值计算上的比较，从具体数值上说明系统精度有明显的提高。文中介绍的方法还可应用于A／D转换的其他应用环境，对降低系统成本大有裨益。

关键词：68HC908QT4  MPxM2010硅压阻传感器  A／D转换精度提高

引  言

Freescale公司生产的MPXM2010器件是一种硅压阻式压力传感器。MPXM20lO精度很高，输出电压与输人的压力具有良好的线性关系。这种传感器是一块单片集成电路，集成有压力应变仪及膜阻网络，并带有激光式微调模块进行温度补偿和偏移佼正微控制器68HC908QT4则是一款低端的8位微控制器，有4路8位的A／D转换通道和16位的PWM模块，可以用于A／D和D／A转换。

将两种芯片结合到一起可组成一套实用的低成本压力测控系统。美中不足的是它的精度低了一些，如果将A／D位数提高则会使成本大大增加。通过硬件搭配和软件上的编程可以弥补这一缺点，即不增加硬件开销而且可以提高产品性能。

1  压力传感器模块设计

Freescale公司生产的MPXM2010器件是一种硅压阻式压力传感器，其内部原理如图l所示。MPXM2010精度很高，输出电压与输入的压力具有良好的线性关系。这种传感器是一块单片集成电路，集成有压力应变仪及膜阻网络，并带有激光式微调模块进行温度补偿和偏移校正。

MPXM2010特点如下：

◇压力测量范围为O～10 kPa，精度可达士O．01 kPa；

◇在O～85℃之间具有温度补偿功能；

◇输出信号与压力的线性关系良好；

◇传感器接触面可选择是否带引出管口；

◇有Tape＆Reel的易用封装形式，具体样图如图2所示。

MPXM2010的输出信号比较弱，需要另加1片MOC2A60，将小信号放大，直流变为交流。这样就可以直接控制电机切断或是接通电源。在调试模块时，将各部分分离开来便于调试。运放采用MC33179，再配接一些电阻，就可以把压力传感器的信号输出，并且可以通过调节阻值来调节输出信号的大小。图3和图4是压力传感器模块设计的原理图和PCB板图。

2  压力测控系统设计及其精度改进

2.1  直联式压力测控系统

通常情况下，使用68HC908QT4的A／D模块即可完成设计，只要把压力传感器模块的输出端接至68HC908QT4的A／D模块输入端即可。图5给出了压力测控系统的框图。

微控制器68HC908QT4特点如下：

◇4 KB Flash存储器、128 B的RAM存储器；

◇4路8位A／D转换器、16位PWM模块；

◇价格便宜，批量1000片以上每片的价格可降至1美元以下。

MPXM2010测量范围为0～10 kPa，将其输出电压信号限制在0～5 V，则其精度为：

S=5 V／10 kPa=500 mV／kPa

68HC908QT4的A／D为8位，电压限制5 V，则其精度为：

R=5 V／(20—1)bit≈19．61 mV／bit

整个系统的压力精度为：

R／S=19．61／500 kPa／bit=0．039 22 kPa／bit

如果要提高精度，将A／D升为10位，则精度为：

R／S=O．03 922X(28—1)／(210—1)kPa／bit=0．009 776 kPa／bit

A／D升为12位后，精度为：

R／S=0．039 22×(28—1)／(212—1)kPa／bit=0．002 442 kPa／bit

这样做确实可以提升精度，但要增加硬件的开销。利用68HC908QT4的PWM模块作为D／A转换器，可以巧妙地提高A／D变换的精度。

2.2  改进后的压力测控系统

误差产生的原因就是在A／D处，将小数点后的部分舍去，比如176．51 bit会当作176 bit来处理。解决问题也应该从这里人手，把误差缩小。

误差的引出可以用D／A来解决，把A／D读进来的数据再用D／A处理一次送出来，和原来的数据做一次减法就可以得到。误差没法直接再送回A／D，但可以将其放大后再送回，再使用68HC908QT4中的