中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所 馬愛(ài)虹，李海亮，孫海霞

    1 引言

    近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的日益普及，數(shù)字傳感器系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字式傳感器是該系統(tǒng)的重要組成部分。選擇高性能、具有數(shù)字接口的信號(hào)調(diào)理器是數(shù)字傳感器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。zmd31050是一款高精度橋式傳感器信號(hào)處理cmos集成電路，以它為核心的數(shù)字傳感器可以在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償與校正，并可將測(cè)量信號(hào)以數(shù)字信號(hào)方式輸出，且外圍電路簡(jiǎn)單。zmd31050幾乎適用于所有橋式傳感器。

    2 zmd31050介紹

    2．1基本性能指標(biāo)

    電源電壓：+2．7 v～+5．5 v；

    輸入信號(hào)：1 mv／v～275 mv／v；

    多種輸出方式可供選擇：電壓(0 v～5 v)，電流(4ma～20ma)，pwm，i2c，spi，zacwiretm(一線(xiàn)接口)，報(bào)警輸出；

    橋式傳感器的激勵(lì)源可選：比例電壓、恒壓模式或恒流模式；

    高精度：～25℃+85℃時(shí)的誤差為0．1％，-40℃～+125℃時(shí)的誤差為0．25％；

    可對(duì)傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線(xiàn)性進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償；

    輸出分辨率最高為15位，可選擇相對(duì)應(yīng)的采樣頻率(最多3．9 khz)；

    pc通過(guò)數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)器件的配置和校準(zhǔn)。

    2．2工作原理

    圖1為zmd31050的工作原理圖，各模塊功能如下：

    zmd31050具有內(nèi)部eeprom，共包含32個(gè)16位地址空間。zmd31050工作所必需的32個(gè)參

    數(shù)存儲(chǔ)在eeprom中。其中。22個(gè)校準(zhǔn)常量用于傳感器信號(hào)的計(jì)算校準(zhǔn)，7個(gè)參數(shù)用于配置應(yīng)用程序，1個(gè)crc字(word)用于檢查eeprom內(nèi)容的正確性，另外還有2個(gè)16位的字供用戶(hù)自由使用。

    每次上電后：eeprom中的內(nèi)容被復(fù)制到ram中。根據(jù)ram中的配置，器件自動(dòng)完成信號(hào)調(diào)理過(guò)程。首先，橋式傳感器傳遞出的信號(hào)在pga中進(jìn)行預(yù)放大，mux將該信號(hào)與外部二極管或分立溫度傳感器信號(hào)按照某種序列傳送給adc單元，adc單元對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行a／d轉(zhuǎn)換。然后，cmc根據(jù)rom中存放的校正公式和eeprom中存放的校準(zhǔn)參數(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行校正。根據(jù)配置，傳感器信號(hào)以模擬量、數(shù)字量或pwm的形式輸出，輸出信號(hào)由串行接口及fio1、fio2提供。

    表1為：eeprom和ram中的參數(shù)分配與指令。數(shù)據(jù)配置和參數(shù)校準(zhǔn)可以通過(guò)數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)。

    2．3引腳功能

    圖2為zmd31050的引腳排列。其引腳功能描述如表2所列。

    3數(shù)字式氣壓傳感器系統(tǒng)應(yīng)用

    3．1硬件設(shè)計(jì)

    zmd31050接收來(lái)自前端橋式傳感器的微弱模擬信號(hào)，將這一信號(hào)放大，經(jīng)a／d轉(zhuǎn)換、補(bǔ)償與校正后以數(shù)字信號(hào)形式傳給后端微處理器。微處理器獲取信號(hào)并進(jìn)行處理。串口電平轉(zhuǎn)換器max232完成電平轉(zhuǎn)換。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與pc機(jī)的通信。

    圖3所示為基于zmd31050的數(shù)字式氣壓傳感器應(yīng)用系統(tǒng)框圖。j1為橋式壓力傳感器與zmd31050的接口，j2是系統(tǒng)供電電源接口，j3為系統(tǒng)與pc機(jī)接口。橋式壓力傳感器與zmd31050簡(jiǎn)單連接即構(gòu)成了數(shù)字式氣壓傳感器，主要應(yīng)用于觀測(cè)氣體壓力的變化。其中，橋式壓力傳感器選用美國(guó)silicon microstructures公司的smi5502-015一a。該器件量程為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，滿(mǎn)足目標(biāo)測(cè)量要求。采用恒壓源供電，輸出微弱的電壓信號(hào)，便于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本數(shù)字式氣壓傳感器對(duì)溫度無(wú)特殊要求，溫度測(cè)量