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在工業(yè)領(lǐng)域、科學(xué)研究中，尤其是戶外復(fù)雜的工作環(huán)境中，經(jīng)常需要高精度測(cè)量環(huán)境溫度、氣壓。但是傳統(tǒng)的專門的氣壓和溫度測(cè)量?jī)x器存在不便攜帶，精度不高的缺點(diǎn)，另外工業(yè)控制環(huán)境和戶外惡劣環(huán)境下對(duì)氣壓和溫度測(cè)量?jī)x器的影響不可忽略，甚至有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。電子測(cè)量?jī)x器的微型化合低功耗的發(fā)展趨勢(shì)，迫切需要具有高穩(wěn)定性、高靈敏度、高分辨率、低功耗、寬溫度范圍的微型便攜式的氣壓和溫度測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)。MS5540C是瑞士Intersema公司推出的基于MEMS技術(shù)的數(shù)字壓力傳感器，在微型化低功耗高分辨率方面，以及高穩(wěn)定性和可靠性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文介紹了基于MS5540C的的微型氣壓傳感器的硬件和軟件相關(guān)設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)葐栴}。
1 MS5540C的特性和硬件電路的設(shè)計(jì)
MS5540C是SMD混合器件，集成包括精確壓阻式壓力傳感器，電阻式溫度傳感器，16位ADC和數(shù)字濾波器及SPI數(shù)字接口電路等，尺寸6．2 ×6．4 mm，工作溫度為-40～+85℃，工作電流僅為5μA，符合歐洲ROHS認(rèn)證要求，廣泛應(yīng)用于便攜式氣壓計(jì)高度計(jì)，天氣控制系統(tǒng)，GPS接收機(jī)等方面。
圖1是MS5540C的框圖結(jié)構(gòu)。它具有引腳少接口簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。MS5540C供電電壓為2．2～3．6 V，與處理器的通訊接口為SPI串行接口，另外還需要一個(gè)32．768 kHz的時(shí)鐘輸入到MCLK引腳。
MS5540C可以非常方便地連接到微處理器，特別是帶有SPI接口的處理器，不過微處理器也要選擇-40～85℃工作范圍的工業(yè)級(jí)MCU以適應(yīng)復(fù)雜的野外環(huán)境。為了提高穩(wěn)定性和可靠性，我們推薦如圖2所示的電路設(shè)計(jì)。
對(duì)于32．768 kHz的時(shí)鐘，不推薦使用晶體或MCU來提供，原因是這種晶體或MCU提高的時(shí)鐘在寬范圍溫度條件下并不能保證穩(wěn)定。圖中使用工作范圍為-40～85℃的有源晶振。時(shí)鐘晶振的電源與MS5540C相同，并且需要1～10μF之間的濾波電容及1個(gè)0．01～0．1 nF之間的去耦電容，并且通過磁珠消除高頻噪聲。晶振輸出端最好加10～33 Ω的匹配電阻。M5540C的電源端必須認(rèn)真處理，如圖2所示，通過增加磁珠消除高頻噪聲，1μF和0．01μF電容實(shí)現(xiàn)濾波和去耦。PCB布局時(shí)，0．01μF電容盡量靠近VDD引腳。
MS5540C的SPI接口與MCU的連接如圖2所示，DIN和DOUT加10 kΩ的上拉電阻，并且在靠近MS5540C的SCLK端加一個(gè)15 pF的高頻濾波電容，這對(duì)于野外惡劣環(huán)境下消除干擾非常有效。
M5540C是超低功耗器件，采樣轉(zhuǎn)換期間的功耗也僅為1 mA。
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