1 引言
近年来，随着计算机和单片机的日益普及，数字传感器系统已得到广泛应用。数字式传感器是该系统的重要组成部分。选择高性能、具有数字接口的信号调理器是数字传感器设计的关键。ZMD31050是一款高桥式传感器信号处理CMOS集成电路，以它为的数字传感器可以在多个方面实现对测量信号的补偿与校正，并可将测量信号以数字信号方式输出，且外围电路简单。ZMD31050几乎适用于所有桥式传感器。

2 ZMD31050介绍

2．1基本性能指标
电源电压：+2．7 V～+5．5 V；
输入信号：1 mV／V～275 mV／V；
多种输出方式可供选择：电压(0 V～5 V)，电流(4 mA～20 mA)，PWM，I2C，SPI，ZACwireTM(一线接口)，报警输出；
桥式传感器的激励源可选：比例电压、恒压模式或恒流模式；
高：～25℃+85℃时的误差为0．1％，-40℃～+125℃时的误差为0．25％；
可对传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行数字补偿；
输出分辨率为15位，可选择相对应的采样频率(多3．9 kHz)；
PC通过数字接口实现器件的配置和校准。

2．2工作原理
图1为ZMD31050的工作原理图，各模块功能如下：

ZMD31050具有内部EEPROM，共包含32个16位地址空间。ZMD31050工作所必需的32个参
数存储在EEPROM中。其中。22个校准常量用于传感器信号的计算校准，7个参数用于配置应用程序，1个CRC字(word)用于检查EEPROM内容的正确性，另外还有2个16位的字供用户自由使用。
每次上电后：EEPROM中的内容被复制到RAM中。根据RAM中的配置，器件自动完成信号调理过程。首先，桥式传感器传递出的信号在PGA中进行预放大，MUX将该信号与外部二极管或分立温度传感器信号按照某种序列传送给ADC单元，ADC单元对这些信号进行A／D转换。然后，CMC根据ROM中存放的校正公式和EEPROM中存放的校准参数对数字信号进行校正。根据配置，传感器信号以模拟量、数字量或PWM的形式输出，输出信号由串行接口及FIO1、FIO2提供。
表1为：EEPROM和RAM中的参数分配与指令。数据配置和参数校准可以通过数字接口实现。

2．3引脚功能
图2为ZMD31050的引脚排列。其引脚功能描述如表2所列。

3．1硬件设计
ZMD31050接收来自前端桥式传感器的微弱模拟信号，将这一信号放大，经A／D转换、补偿与校正后以数字信号形式传给后端微处理器。微处理器获取信号并进行处理。串口电平转换器MAX232完成电平转换。从而实现系统与PC机的通信。
图3所示为基于ZMD31050的数字式气压传感器应用系统框图。J1为桥式压力传感器与ZMD31050的接口，J2是系统供电电源接口，J3为系统与PC机接口。桥式压力传感器与ZMD31050简单连接即构成了数字式气压传感器，主要应用于观测气体压力的变化。其中，桥式压力传感器选用美国Silicon Microstructures公司的SMI5502-015一A。该器件量程为1标准大气压，满足目标测量要求。采用恒压源供电，输出微弱的电压信号，便于整个系统设计。本数字式气压传感器对温度无特殊要求，温度测量选择内置温度二极管。经ZMD31050
调理过的信号通过数字串口以15位数字信号的形式输出。

外接的微控制器与其外围的晶体振荡器、看门狗、MAX232构成微控制系统。其中，外接微控制器为51系列单片机中的AT89C4051，可满足全部数据处理和通信的要求。晶振Y1选择11．0592 MHz，为AT89C4051提供时钟信号。X5045为AT89C4051工作产生复位信号。MAX232完成电平转换，实现AT89C4051与上位机通信。
数字式气压传感器与微控制系统构成数字式气压传感器应用系统，整个系统采用+5 V电源供电。数字式气压传感器支持I2C通信模式，由SDA、SCL线经上拉后与后端微控制器系统连接。通信过程中，ZMD31050为从机模式，其默认通讯地址为0x78。

3．2软件设计
数字式气压传感器应用系统选用AT89C4051为外部微控制器。由于AT89C4051内部没有I2C模块，因此，需要通过I／O口模拟I2C与数字式气压传感器中的ZMD31050进行通信。
传感器系统的软件设计主要包括三个部分：内部EEPROM的配置、测量值的读取和处理、与上位机通信。而这三部分功能都由外接控制器编写程序来实现。
在AT89C4051中编程，向ZMD31050发送相关指令(详见表1)，可以配置和修改EEPROM或RAM中的各项参数。配置和修改完成后，须发送特定指令激活所做的配置和修改，并开始测量循环。ZMD31050就可以根据配置的参数对传感器采集到的模拟气压信号进行放大、A／D转换、校正和补偿。传感器的终测量结果为按照配置处理好的数据，它们将被不间断地送到ZMD31050的串口寄存器。
在AT89C4051中编写"读操作"程序，可获得串口寄存器的测量值。先得到数据的高字节，再得到低字节。除非ZMD31050接收到配置EEPROM或RAM内容的指令，否则，只要"读操作"不停止，就可以不间断读取测量值。在AT89C4051中可以编写简单的软件滤波程序处理读取的数据。
另外。在AT89C4051中还要编写程序将处理过程的数据通过串口送出，并接收来自上位机的指令，即通过串口实现与PC机的通信。

4 结束语

数字传感器是传感器发展的趋势，ZMD31050作为一款高效的信号调理可将传感器信号以数字形式输出，更重要的是，传感器信号的偏移、灵敏度、温漂和非线性可以有效进行补偿和校正，目前基于ZMD31050的数字式气压传感器系统已经在地震前兆辅助观测领域中投入使用，其设计经验值得在其他桥式传感器设计中推广应用。