MPX4115
课程设计报告
系 别： 电子信息工程系
工业合成氨
专 业： 计算机控制技术
学生姓名：
学 号：2 0 1 1 3 0 43
一、设计思路
利用压力传感器采集因压力变化而产生的电压信号，然后经模数转换器转换成数字信号最后把数字信号送入单片机。单片机经过处理后得出当前气压值，然后在LCD上显示。 主要技术指标为：15-115kpa,分度值为0.1kpa.
二、系统方案论证与选型
系统由控制器，测量，数模转换和显示4部分组成。系统设计方框图如图1所示
LCD显示
单片机AT89C51处理
模数转换器
压力传感器
2.1控制器部分
测量部分是利用传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送单片机中的A/D转换器，将模拟量 转化为数字量输出，控制器接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数宁信号转换为实际的大气压强，并将其送到显示单元中。
本实验选用89C51单片机，该单片机的参数是：主要包括具有64KB寻址空间，4KB程
序存储单元，RAM（256个字节）；2个定时器，2个中断口，1个UARST串口，外部晶振12M，个人信息管理系统机器周期1Ｍ，程序指令周期１个机器周期以上，即１Ｓ内程序指令执行调试小于１Ｍ，５V供电，IO口除P0需外接电阻外，其它都可直接驱动电平输出，但是电流驱动能力
小于10mA，因此驱动10mA以上器件，需外接三极管或者MOS管驱动玩具滑翔机制作 。该单片机的特点是：
① 优异的性价比
② 集成度高，体积小，有很高的可靠性
图2
③ 控制功能强扩展性能好，非常容易构成各种应用系统。电路如图2：2.2 数据采集部分
2.2.1.数据采集模块的芯片选择
气压传感器对于系统至关重要，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。一般要选用有温度补偿作用的气压传感器，因为温度补偿特性可以克服半导体压力传感器件存在的温度漂移问题。绝对气压值对应的既是实际的气压值，显然本设计要实现的数字气压计需要能测量绝对气压值的气压传感器。 本设计要实现的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。经过综合考虑，本设计选用美国
摩托罗拉公司的集成压力传感器。
MPX4115可以产生与所加气压呈线性
关系高精度模拟输出电压。
2.2.2.数据采集模块的原理图
数据采集模块由气压传感器MPX4115
构成，采集的是大气压值。其中1脚是
输出信号端，输出的是与气压值相对
应的模拟电压信号。数据采集模块的
2.2.3气压传感器MPX4115的原理风刀干燥机
MPX4115系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电 机 技 术，薄 膜 镀 金 属。还 能 为 高 水 准 模 拟 输 出 信 号 提 供 一 个 均 衡 压 力 。在 0℃-85℃的温度下误差不超过1.5% 温度补偿是-40℃-125℃。
气压传感器MPX4115的管脚说明如表1所示：
表1 气压传感器MPX4115的管脚说明
气压传感器MPX4114的特性参数如表2所示：
表2 气压MPX4115的特性参数
2.3数据转换模块
2.3.1模数转换芯片选择
气压传感器MPX4115 输出的是模拟电压，因此，必须进行模拟到数字的转换才能交由单片处理。关于A/D转换，本实验采用一种电压频率转换电路来实现模拟电压数字化的处理。
针对电路的实际需求，并考虑到外围电路实现的难易程度和相应的性能指标，选用芯片LTC1297来实现A/D转换。
2.3.2数据转换电路部分原理图
LTC1297是一款高精度电压频率转换芯片，是一款集成有一个12位，带有开关电容的逐次逼近式的A/D转换器；一个在（+）输入端具有“采样-保持”功能的差分输入端口；以及一个串行I/O端口。LTC1297在每次转换工作之间都会自动掉电处于休眠状态，以将所消耗的电流减少到5uA（标准情况下）。LTC1297能够将所进行数字化转换后的信号以60KHz的速率输出。并且因其优秀的交流特性，它也能作为DSP来使用。内部的串行口可以在不借助任何外围硬件的情况下同大多数MPU串口和所有MPU并口进行通信，这样的通信通过三网眼通
线形式来实现。因为他们的高精度，便捷的小巧尺寸，该款元件能很好地适应各类数模转换环境，尤其对于要求使用最少的互连数量以及最小的功耗的情况。
数 据 转 换 模 块 原 理 图 如 图 4 所 示 图4
投票箱制作LTC1297各引脚说 明：
引脚 1为片选输入：该引脚上的逻辑低电平将使能LTC芯片，该引脚上的高电平将使芯片处于掉电状态。
引脚 2 ，3 模拟输入端：输入必须是无噪音的（相对于GND）。
引脚 4 GND模拟地：GND必须直接连接到模拟地。
引脚 5 参考电压输入端：参考输入定义了A/D的跨度，并且它必须相对于GND而言没有噪音干扰。
引脚 6 数字信号输出端：A/D转换结果通过该引脚输出。
引脚 7 转换时钟：该时钟同步与串行数据传输。
引脚 8 反向供电端：该电源必须没有噪声和纹波，这一点通过直接连接旁路电容到模拟地来实现。
2.4.1数据处理芯片的选择
对于LTC1297 输出的频率信号要经过单片机的数
据处理，通过频率与气压之间的关系计算出气压值。
AT89C51单片机最为核心的部分是中央处理器CPU，
它由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能
寄存器。AT89C51是一款低电压，高性能CMOS8位 单 片
机，片 内 含 4kbytes的 可 反 复 擦 写 的 只 读 程序 存 储 器
（PEROM） 和128byte的随机存取数据存储器（RAM），
器件用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，
兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理
器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单
片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活
应用于各种控制领域。本课题中选用AT89C51单片
机来实现.
2.4.2 AT89C51引脚及功能
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