基于单片机控制的数字气压计设计与实现(2)

考虑到外围电路实现的难易程度和相应的性能指标，笔者选用了ＬＭ３３１电压／频率转换芯片。该器件使用了温度补偿能隙基准电路，因而具有极佳的温度稳定性，最大温漂为５０ｐｐｍ／℃，同时该器件的脉冲输出可与任何逻辑形式兼容；ＬＭ３３１可单、双电源供电，电压范围为５～４０Ｖ；满量程范围１Ｈｚ～１００ｋＨｚ；最大非线性误差为０．０１％。图２所示是该系统中ＬＭ３３１的外围电路。在该电路中，基于ＬＭ３３１的压频转换关系为：

ｆｏ＝Ｋ Ｖｉ

其中，Ｋ＝Ｒｓ／(２．０９ Ｒｔ Ｃｔ ＲＬ)牐 Ｒｓ＝Ｒｓ１＋Ｒｓ２

实际上，电路中的Ｒｓ主要用于调节电路的转换增益煟遥, Ｃｔ，ＲＬ的典型值分别为６．８ｋΩ、０．０１ｐＦ和１００ｋΩ，Ｋ值则可由设计者自己决定。该设计中，取Ｋ＝２０００，Ｒｓ＝２８．４２４ ｋΩ熤饕是考虑到单片机部分使用测频率法来测ｆｏ能够保证频率信号的测量精度。由于Ｒｓ、ＲＬ、Ｒｔ和电容Ｃｔ会直接影响ｆｏ的转换结果。因此，对这些元件的参数有一定的要求，设计时应根据转换精度适当选择。电容ＣＬ对转换结果虽然没有直接影响，但是应选择漏电流小的电容器。用电阻Ｒ１, 电容Ｃ１组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，提高转换精度。

图3

３．３ 单片机

本气压计实现方案需使用单片机的Ｐ１口和Ｐ３口的一部分以及一个中断源、一个定时器和一个计数器。因此，笔者选用了ＡＴＭＥＬ的ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机，该器件与８９Ｃ５１兼容，具有２ｋＢ的可重复编程闪存，２．７Ｖ～６Ｖ的工作电压范围，１２８Ｂｙｔｅ的内部ＲＡＭ以及两个Ｉ／Ｏ口（Ｐ１，Ｐ３）、２个１６位的计数器／定时器和６个中断源，并可直接驱动ＬＥＤ输出，同时带有可编程的串行通讯口。另外，该单片机还具有体积小，价格低等特点。

３．４ ＬＥＤ显示

单个ＬＥＤ是由７段发光二极管构成的显示单元