基于單片機(jī)控制的數(shù)字氣壓計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要介紹了一種精密數(shù)字氣壓計(jì)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。該方法通過氣壓傳感器獲得與大氣壓相對(duì)應(yīng)的模擬電壓值，并經(jīng)過VF變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)的氣壓值。用本文所述的方法制成的氣壓計(jì)攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，精確度高，完全符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞氣壓計(jì)；氣壓傳感器；VF轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)引言氣壓計(jì)是利用壓敏元件將待測(cè)氣壓直接變換為容易檢測(cè)、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?hào)，然后再經(jīng)過后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的一種設(shè)備。其中的核心元件就是氣壓傳感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測(cè)量等方面起著重要作用。運(yùn)用于氣壓計(jì)的氣壓傳感器基本都是依靠不同高度時(shí)的氣壓變化來(lái)獲取氣壓值的。氣象學(xué)研究表明，在垂直方向上氣壓隨高度增加而降低。例如在低層，每上升氣壓便降低；在的高空，高度每增加，氣壓便會(huì)降低；而當(dāng)高度進(jìn)一步增加時(shí)，即到的高空之后，高度每增加，氣壓便會(huì)降低；同樣，若空氣中有下降氣流時(shí)，氣壓會(huì)增加；若空氣中有上升氣流時(shí)，作用于空氣柱底部的氣壓就會(huì)減小。一般把作用于單位面積上空氣柱的重量稱為大氣壓力。氣壓計(jì)的結(jié)構(gòu)本文研究的氣壓計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示。其中氣壓傳感器用來(lái)將被測(cè)氣壓轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；用轉(zhuǎn)換器則可把氣壓傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有一定頻率的脈沖信號(hào)；以便用單片機(jī)接收該脈沖信號(hào)，并根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)得到的脈沖數(shù)，依據(jù)電壓與頻率的線性關(guān)系式計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的氣壓值，最后在單片機(jī)控制下由顯示出來(lái)。本氣壓計(jì)能夠在氣壓傳感器的線性范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量相應(yīng)氣壓值。需要說明的是，其測(cè)量值是絕對(duì)氣壓值。本文研究的氣壓計(jì)的技術(shù)指標(biāo)如下測(cè)量范圍；測(cè)量精度；顯示精度，由個(gè)段顯示實(shí)現(xiàn)；工作溫度范圍；電源電壓。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)構(gòu)建過程中，需要考慮穩(wěn)定性、復(fù)雜程度、造價(jià)和調(diào)試的難易程度等因素。圖所示框圖中的每一部分就是一個(gè)單元電路，可完成各自的功能。模塊之間沒有復(fù)雜的信號(hào)傳輸，且干擾很少，因而系統(tǒng)整體比較穩(wěn)定。氣壓傳感器氣壓傳感器在氣壓計(jì)中占據(jù)核心位置。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)測(cè)量精度、測(cè)量范圍、溫度補(bǔ)償、測(cè)量絕對(duì)氣壓值等幾個(gè)性能指標(biāo)來(lái)選取氣壓傳感器。由于該氣壓計(jì)顯示的是絕對(duì)氣壓值，因而需要選取測(cè)量絕對(duì)氣壓值的氣壓傳感器。同時(shí)為了簡(jiǎn)化電路，提高穩(wěn)定性和抗干擾能力，要求該氣壓傳感器應(yīng)帶有溫度補(bǔ)償。為此，筆者選用的氣壓傳感器來(lái)測(cè)量絕對(duì)氣壓值。該傳感器的溫度補(bǔ)償范圍為；壓力范圍為；輸出電壓信號(hào)（）范圍為；測(cè)量精度為，同時(shí)在時(shí)具有良好的線性，具體輸出關(guān)系如下式中，是工作電壓,是大氣壓值，為輸出電壓。變換器件的作用是將輸入電壓的幅值轉(zhuǎn)換成頻率與輸入電壓幅值成正比的脈沖串。雖然本身還不能算做量化器，但加上定時(shí)器與計(jì)數(shù)器以后也可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。它的突出特點(diǎn)就是把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)，可遠(yuǎn)距離傳送并能直接輸入計(jì)算機(jī)的脈沖串，從而通過測(cè)量的輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。考慮到外圍電路實(shí)現(xiàn)的難易程度和相應(yīng)的性能指標(biāo)，筆者選用了電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片。該器件使用了溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，因而具有極佳的溫度穩(wěn)定性，最大溫漂為，同時(shí)該器件的脈沖輸出可與任何邏輯形式兼容；可單、雙電源供電，電壓范圍為；滿量程范圍；最大非線性誤差為。圖所示是該系統(tǒng)中的外圍電路。在該電路中，基于的壓頻轉(zhuǎn)換關(guān)系為其中，實(shí)際上，電路中的主要用于調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換增益,，的典型值分別為、和，值則可由設(shè)計(jì)者自己決定。該設(shè)計(jì)中，取，主要是考慮到單片機(jī)部分使用測(cè)頻率法來(lái)測(cè)能夠保證頻率信號(hào)的測(cè)量精度。由于、和電容會(huì)直接影響的轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，對(duì)這些元件的參數(shù)有一定的要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電容對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果雖然沒有直接影響，但是應(yīng)選擇漏電流小的電容器。用電阻,電容組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，提高轉(zhuǎn)換精度。圖3單片機(jī)本氣壓計(jì)實(shí)現(xiàn)方案需使用單片機(jī)的口和口的一部分以及一個(gè)中斷源、一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。因此，筆者選用了的單片機(jī)，該器件與兼容，具有的可重復(fù)編程閃存，的工作電壓范圍，的內(nèi)部以及兩個(gè)口（，）、個(gè)位的計(jì)數(shù)器定時(shí)器和個(gè)中斷源，并可直接驅(qū)動(dòng)輸出，同時(shí)帶有可編程的串行通訊口。另外，該單片機(jī)還具有體積小，價(jià)格低等特點(diǎn)。顯示單個(gè)是由段發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示單元。有個(gè)引腳，對(duì)應(yīng)于個(gè)段、一個(gè)小數(shù)點(diǎn)和兩個(gè)公共端。在顯示電路中，這些發(fā)光二極管有兩種接法共陽(yáng)極接法和共陰極接法。本設(shè)計(jì)中需要用個(gè)組成顯示單元，并采用動(dòng)態(tài)顯示方式。由于使用個(gè)單個(gè)進(jìn)行顯示的連線比較復(fù)雜，同時(shí)單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)能力也難以保證，而需要加入專門的驅(qū)動(dòng)芯片。所以，筆者采用了個(gè)連體的、內(nèi)部已將其相應(yīng)段接好的共陽(yáng)極，它具有個(gè)引腳，含個(gè)段和個(gè)公共端，為提高數(shù)碼管的亮度，可在位選線上加入一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)電路。由控制的顯示電路如圖所示。該顯示電路需要選取合適的電阻和，才能保證的亮度，過大或者過小都無(wú)法讓正常顯示。設(shè)計(jì)時(shí)取為為比較理想。若考慮印制板布線的方便，可以采用貼片電阻和排阻來(lái)節(jié)省空間。另外，也可以用和構(gòu)成驅(qū)動(dòng)顯示電路，但這樣同樣要加限流電阻。因?yàn)槭情_漏器件，需要在輸出處加上拉電阻。軟件實(shí)現(xiàn)通過以上設(shè)計(jì)，便可通過來(lái)計(jì)算的大小以得到實(shí)時(shí)的氣壓值。硬件電路設(shè)計(jì)完成之后，可使用仿真器的仿真環(huán)境進(jìn)行仿真，并可用語(yǔ)言來(lái)編寫處理程序。其基本程序流程如圖所示。程序設(shè)定為定時(shí)器，基本的定時(shí)時(shí)基為。為計(jì)數(shù)器，運(yùn)用內(nèi)部中斷可保證定時(shí)滿后就讀取此時(shí)計(jì)數(shù)器的值，以計(jì)算氣壓值。如使、均工作于方式，并在口送字型碼，同時(shí)可用做位選線，那么，其相應(yīng)的函數(shù)如下（）定時(shí)器中斷函數(shù),關(guān)閉中斷中斷次數(shù)停止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)_計(jì)算氣壓值重設(shè)計(jì)數(shù)初值重設(shè)初值該中斷函數(shù)主要用于完成脈沖的讀取和氣壓值的計(jì)算。是個(gè)全局變量，可用來(lái)保存氣壓值。（）在顯示函數(shù)里，將氣壓值先按位進(jìn)行分離并保存到數(shù)組，然后送段碼和相應(yīng)位選就可以顯示出相應(yīng)的氣壓值了。具體程序如下_位選_當(dāng)高位為零時(shí)結(jié)束循環(huán)_從最右邊一位開始顯示,循環(huán)左移_指針歸位這樣，在主程序中，只要在程序第一次運(yùn)行時(shí)進(jìn)行初始化，然后再循環(huán)調(diào)用顯示函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能。結(jié)束語(yǔ)筆者曾用純