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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中的另一路A／D将放大后的误差进行A／D变换,MCU得到结果后缩小相同的倍数,与原A／D变换结果相加,便是更精确的结果。图6中,整个系统可分为压力传感器模块、模拟部分、单片机部分和输出电路部分,精度提高的关键在模拟部分的设计．如图7所示。假设放大器G的放大倍数为10。A／D的性能本身并没有提升,精度仍为R=19．61 mV／bit,这个值也就是极限值。放大10倍后,原来的最大误差19．6l mV／bit被扩大为196．1 mV／bit,A／D处理的是放大后的数据,其能力就被放大了10倍。数据处理时又会将其除以lO恢复,从整体上来看就好像精度R除以10了一样,变为1．961 mV／bit。　

关键词： MPXM 2010 压力测控 系统