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  •  传感器及其相关电路被用来测量各种不同的物理特性,例如温度、力、压力、流量、位置、光强等。这些特性对传感器起激励的作用。传感器的输出经过调理和处理,以对物理特性提供相应的测量。  数字信号处理是利用...
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  • 设计轮胎胎压监测系统框图如 图所示,由胎压传感器信号采集部分和信号接收端构成,基于纳米多晶硅薄膜压力传感器特性,采用差分放大电路芯片完成输出电压信号(Vout)放大,通过单片机内部A/D 模块处理,将电压信号...

    设计轮胎胎压监测系统框图如 图所示,由胎压传感器信号采集部分和信号接收端构成,基于纳米多晶硅薄膜压力传感器特性,采用差分放大电路芯片完成输出电压信号(Vout)放大,通过单片机内部A/D 模块处理,将电压信号转换为相应数字信号输出。根据胎压传感器输入–输出特性拟合直线方程,完成胎压传感器输出电信号(Vout)与对应胎压压力值(P)转换,通过 NRF24L01 实现数据的无线传输,并能够在接收端显示屏或计算机上监测轮胎胎压,实现远程轮胎胎压实时检测。

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    胎压监测系统硬件电路

    下图给出胎压监测系统电路主要组成部分,该系统由电源电路、放大电路、单片机控制电路、无线传输模块和胎压信息接收端五个部分

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    根据电路设计并制作 PCB 版,采用贴片封装的方式进行电路的焊接,完成的电路如下图 所示。

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    胎压监测系统软件设计与调试

    胎压监测系统主要包括:单片机程序设计和上位机显示界面程序设计,单片机程序实现包括单片机对模拟电压的采集、串口数据的接收与发送的功能;上位机显示界面程序用来显示胎压传感器对应的压力值。采用集成开发环境进行单片机软件程序的设计,编译成功的程序生成相应的 HEX 文件,使用 USB-ISP 下载器可将 HEX 文件下载到单片机中运行,其程序主要包括单片机外部集成的 AD 执行程序和单片机串口数据通信程序。单片机 AD 执行程序包括 AD 初始化,设定采集通道、参考电压、中断方式、使能 AD 转化等操作。单片机串口数据通信程序包括串行 USART 初始化,设定波特率,设定数据帧结构,禁止 RXCIE、TXCIE、UDRIE 三个中断使能,使能接收和发送。系统程序整体流程如 下图所示。本系统使用液晶屏显示接收到的胎压压力值。其过程包括串口初使化、发送字节地址数据、接收数据和数据处理显示。

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  • 引 言 随着无线通信技术、计算机技术的高速发展并应用到... 传感器数据采集发射部分由压力传感器、温度传感器、信号处理部分、微处理器(一般是单片机)和无线发射电路组成。压力和温度传感器获取周围环境的压力、温度
  • NI9253结构图我也发了,有没有大佬知道怎么个接法,电路图看起来NI卡先要外接24v电源,这样会不会导致传感器电压过高?就担心这一点所以不敢接线,传感器太贵了。。 再补充一点,采集卡是插在NI cDAQ-9189以太网...
  •  传感器及其相关电路被用来测量各种不同的物理特性,例如温度、力、压力、流量、位置、光强等。这些特性对传感器起激励的作用。传感器的输出经过调理和处理,以对物理特性提供相应的测量。数字信号处理是利用计算机...
  • 传感器及其相关电路被用来测量各种不同的物理特性,例如温度、力、压力、流量、位置、光强等。这些特性对传感器起激励的作用。传感器的输出经过调理和处理,以对物理特性提供相应的测量。数字信号处理是利用计算机或...
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  • 摘 要: 采用无线发射接收模块,结合单片机控制,设计一种压力传感器的无线数据传输系统。实际调试表明:性能达到了设计要求,传输距离达到几十米。 关键词:无线发射和接收;单片机;数据采集   引言  在...
  • 二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率;三是光电容积法。前两种方法提取信号都会限制病人的活动,如果长时间使用会增加病人生理和心理上的379不舒适感。而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法...
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  • 压力数据采集系统

    2013-04-13 12:35:24
    基于单片机的压力数据采集系统,系统的压力传感器选用Motorola公司的高精度X型硅压力传感器MPX2100,转换精度高、灵敏度高,具有极好的线性度,其输出的模拟信号通过信号调理电路放大调理。
  • 0 引言  在工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中,温度控制也越来越重要。...这种温度采集系统需要大量的测温电缆,才能把现场传感器信号送到采集卡上.安装和拆
  • 20世纪90年代,传感器与微型电子记录仪组为一体的存储测试产品在国际上出现。存储测试技术是从七十年代开始的一种新的弹上参数的测试方法,它是在不影响被测对象或影响在允许范围的条件下,在被测体内置入微型数据...
  • 0 引言  在工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中,温度控制也越来越重要。...这种温度采集系统需要大量的测温电缆,才能把现场传感器信号送到采集卡上.安装和拆
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  • 本系统主要电路部分均采用模拟电路完成,前端信号采集采用悬臂梁式电阻应变片式压力传感器完成。传感器采集的信号送入信号放大电路,信号放大电路采用仪用放大器 INA128 芯片完成,INA128 需要精准的零电压作为参考...
  • 针对传统的差压密度计和压力式液位计分别存在可靠性不高、不适用于介质密度经常变化的场合的问题,设计了一种基于Freescale MC9S08AW60微控制器的智能力敏传感器,详细介绍了该传感器主要电路的设计。该智能传感器实现...
  • 系统设计采用具有差分放大功能的AD620芯片,放大了应变式传感器的微弱电压信号,以实现系统高精度的要求。采用虚拟仪器技术对放大后的信号进行采集和分析处理,并编写相应的显示界面。用二阶插值法对测量数据进行...

              微弱信号的放大要求高、难度大,涉及信号放大以及信号放大的稳定性及精密度要求。差动放大技术由于具有抑制共模信号而仅放大差模信号、增益高的特点,被应用于小信号放大技术中。系统设计采用具有差分放大功能的AD620芯片,放大了应变式传感器的微弱电压信号,以实现系统高精度的要求。采用虚拟仪器技术对放大后的信号进行采集和分析处理,并编写相应的显示界面。用二阶插值法对测量数据进行分析,验证了电路的精确性。
    关键词 AD620;二阶插值;LabVIEW;测力传感器

    1 系统设计方案
          
    系统由直流稳压源提供±12 V和±5 V两种电压。设定±12 V供电时,系统电压输出满量程为5V,传感器承受静压力满量程为19.6N。满量程范围内测量时,静压力信号最大绝对误差< 9.8×10-3N,相对误差< 0.02%。测力传感器输出信号经放大电路后提供电压和电流两种输出方式。

    2 系统硬件电路整体设计方案
          
    系统整体设计流程如图1所示。系统硬件电路主要由LC7012测式力传感器、AD620仪表放大器、参考电压源以及电压调零电路、信号滤波整形电路和电压电流转换电路组成。

    2.1 压力测量电路
           
    压力测量采用LC7012测力传感器,配以全桥测量电路实现。LC7012测力传感器受到压力作用时有以下两个特点:

            (1) 同样压力情况下传感器应变片的应变量和电桥的输出电压是常量,且与压力作用在传感器受力端的精确位置无关。

            (2) 应变片组成的全桥电路的输出电压与压力基本成线性关系。
            LC7012测力传感器中4片电阻应变片粘贴在双孔梁的应变区,在有静压力作用时,双孔梁在压力和系统底盘对双孔梁的支持力的作用下产生四边形形变。4片应变片以全桥方式接成全桥电路,在供桥电压的激励下,随压力不同而输出不同的微弱电压信号,放大电路将电桥送来的微弱电压信号进行放大。
           全桥式等臂电桥的结构简单、对称性强、灵敏度高、各臂参数一致性好,各种干扰的影响可以相互抵消,比如可以抑制温度变化的影响,以及抑制侧向力的干扰、较方便地解决测力传感器的补偿等问题。全桥测量电路可使输出的微弱电压信号,尽可能地排除由电路本身干扰而引起的误差,为系统整体精度要求提供最初的保障。
    2.2 电压信号放大电路
           
    为提高电桥输出的微弱电压信号的放大精度,信号放大电路选用ADI公司生产的AD620芯片为核心原件,并为其设计专门的可调参考电压源,以满足不同电压源供电对参考电压的需求和精确放大微弱信号的需求。
            AD620是一款低成本、高精度的仪表放大器,仅需一个外部电阻来设置增益,增益范围为1~10 000 dB。且AD620功耗低,最大工作电流为1.3 mA。AD620具有高精度(最大线性度40×10-6)、低失调电压(最大50μV)和低失调漂移(最大0.6μV/℃)的特性,是传感器接口等精密数据采集系统的理想选择。
            AD620单片结构和激光晶体调整,允许电路元件紧密匹配和跟踪,从而保证电路固有的高性能。AD620为三运放集成的仪表放大器结构,为保护增益控制的高精度,其输入端的三极管提供差分双极输入,并采用β工艺获得更低的输入偏置电流,通过输入级内部运放的反馈,保持输入三极管的集电极电流恒定,并使输入电压加到外部增益控制电阻RG上。AD620内部增益电阻以调整至绝对值24.7 kΩ,因此利用一个外部电阻便可实现对增益的精确编程。
            增益公式为

            AD620放大后的电压信号可通过滤波整形电路,并经由模数转换器模块用数码管以数字形式显示。为充分利用和展示虚拟仪器的功能,系统使用LabVIEW设计相应的信号采集处理程序和显示器界面。

    2.3 参考电压源电路和电压调零电路
           
    参考电压源电路主要由一个稳压二极管LM285、一个低功耗双运算放大器芯片LM258、一只可变电阻和若干固定阻值电阻组成,如图2左下部分。该参考电压源电路可为AD620提供1.25 V或2.5 V精确参考电压。

           稳压二极管LM285提供初级稳定电压,但由于二极管的温漂较大,且同批次不同二极管的稳压值也不尽相同,所以必须对其设计相应的辅助稳压电路。运算放大器LM258U1A对来自稳压二极管的电压进行放大,并通过反馈电阻R2对输出电压进行反馈,使得输出电压更加稳定。电阻R5和电位器W1对稳压二极管的输出电压进行分压。电位器W1有两个作用:(1)调节W1可使得由运算放大器LM258U1B组成的电压跟随器有不同的输出电压,进而对AD620提供不同的稳定参考电压。(2)电位器W1还对AD620组成的放大电路起到调零作用。使用电压跟随器是因为电压跟随器可以提高输入阻抗且降低输出阻抗,而电源的要求正是需要电路有较小的输出电阻。
           AD620本身具有内部调零功能,但根据实际测量发现,当差分输入为零时输出并不为零,而是大约有零点几mV的输出,所以,为提高输出的精确性,还需对AD620进行外部调零,通过对AD620参考电压管脚提供不同参考电压可使得仪表放大器AD620输出端在差分输入为零时,输出电压对地为零。电路正是通过调节W1使得电压跟随器输出端有不同的电压输出,调节AD620的参考电压,从而起到对AD620调零的作用。
        参考电压不稳定会直接影响到由AD620组成的放大电路的稳定性,并导致最终输出结果的不精确。所以系统并没有直接采用直流稳压源提供的相对稳定的-12 V或-5 V作为参考电压。
    2.4 电压电流转换电路
       
    电压电流转换电路使系统可以以电流的形式输出,由AD620与一个AD705运算放大器和两个电阻相结合,构成一个静谧的电流源,AD705为基准引脚提供缓冲,以确保良好的共模抑制(CMR)性能。AD620的输出电压出现在电阻RL上,后者将其转换成电流输出。

    AD705是低功耗、双极型的运算放大器,它具有双极型场效应晶体管的输入级。因此,具有输入阻抗高、输入失调电压低、输入偏置电流小、输入失调电压漂移小的特点。输入偏置电流达到了pA级的水平,它既具有双极型场效应晶体管与双极型运算放大器的许多优点,又克服了全温度范围内偏置电流漂移大的缺陷。在全温度范围内,AD705的偏置电流典型值仅增长5倍,而一般的双极型场效应晶体管运算放大器偏置电流要增长1 000倍。与OP07相比,温度漂移值为OP07的1/2,最大输入偏置电流仅为OP07的1/5,输入失调电压仅为OP07的1/20。由于是双极型场效应晶体管输入极,因此,信号源阻抗比OP07高得多,而它的直流精度却保持不变。

    3 系统整体软件设计方案
       
    系统软件采用LabVIEW编写。LabVIEW是一种图形化的编程语言,作为数据采集和仪器控制软件的标准被广泛应用于各个领域。LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器。在一个硬件的情况下,通过改变软件编程,就可以实现不同仪器的不同功能,方便、快捷。

    结合当前测试领域仪器发展新方向,最终输出模拟电压信号选用研华USB4716通用数据采集模块进行采集,传输到计算机。使用NI虚拟仪器(LabVIEW)设计电压信号采集控制程序和电压数据实时显示界面。利用LabVIEW软件平台分析、处理来自USB4716的数字电压信号。LabVIEW电压信号采集控制和显示的部分程序如图4所示。

    4 定量测试及结果分析
    4.1 数据处理方法
       
    二阶插值(抛物线插值):在一组数据中选取(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)这3点,相应的插值方程

    4.2 数据处理结果
       
    为取得压力与电压的精确对应关系,方便后续绝对误差和相对误差的分析,实验采用静态测量方法,测量一系列的静压力值,并对实验结果进行定量分析,从而测定电路精度,而没有采用常用的波形时域和频域分析的方式。

    在满量程范围内由小到大测量20个静压力值,并使压力增量△相同。令△=0.98 N,采用二阶插值法分析电压与压力对应的关系。由表1中选取具有代表性的3点:(x0,y0)=(0,0);(x1,y1)=(2.498 V,9.8 N);(x2,y2):(5.001 V,19.6 N)。带入二阶插值
    公式得传感器所受压力与系统输出电压关系曲线为
        y=(-1.568×10-3)x2+3.927x       (3)
    4.3 误差分析
       
    绝对误差反映测量值偏离真实值的大小,即测量值与真实值之差的绝对值。绝对误差可定义为
        ε=|X-L|         (4)
        式中,ε为绝对误差;X为测量值;L为真实值。
        相对误差是绝对误差与测量值或多次测量平均值的比值,并且通常将其结果表示成百分数的形式,所以也叫百分误差。
        绝对误差可以表示一个测量结果的可靠程度,而相对误差则可以比较不同测量结果的可靠性。当用同一种工具测量时,被测量的数值越大,测量结果的相对误差就越小。

    应变式压力传感器试验系统的绝对误差和相对误差如图5和图6所示。两图中分别给出了出另外两种数据处理方法:线性插值法和平均选点法的绝对误差和相对误差曲线。从图5和图6中可以看出,二阶插值法计算精度高于其他两种方法,也证明该数据处理方法的选择是正确的。

    5 结束语
       
    由相对误差和绝对误差图知,在0~4.9 N范围内电路的测量结果误差较大,但仍满足系统设计要求。经过对传感器及实验测量电路的分析,认为误差较大的原因来自于传感器的悬臂梁材料刚性以及固定应变片的粘性材料的柔性影响。由于电桥输出的微弱电压信号精确度受到影响,在经过放大电路后,误差也被放大,从而导致实验结果误差在测量值较小时误差较大。综上所述,该压力信号放大系统满足:满量程绝对误差<9.8×10-3N,相对误差的设计要求。

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  • 气压传感器就是在用于测量气体的仪器,气压传感器的...从传感元件取得0-5V的信号电压,经过A/D转换由数据采集器接受,然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。 空气压缩机的气压传感器主要的传感元件是一个...

    气压传感器就是在用于测量气体的仪器,气压传感器的主要的传感元件是一个对气压的强弱敏感的薄膜和一个顶针开控制,电路方面它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压力降低或升高时,这个薄膜变形带动顶针,同时该电阻器的阻值将会改变。电阻器的阻值发生变化。从传感元件取得0-5V的信号电压,经过A/D转换由数据采集器接受,然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。

    空气压缩机的气压传感器主要的传感元件是一个对气压的强弱敏感的薄膜和一个顶针开控制,电路方面它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压力降低或升高时,这个薄膜变形带动顶针,同时该电阻器的阻值将会改变。电阻器的阻值发生变化。从传感元件取得0-5V的信号电压,经过A/D转换由数据采集器接受,然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。
    很多空气的气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时顶针动作,单晶硅膜盒随着发生弹性变形,从而引起硅膜盒平行板电容器电容量的变化来控制气压传感器。

    鼎盛合(peakcoo.com)设计研发的气压传感器是数字气压传感器,是利用MEMS技术在芯片上加工出真空腔体和惠斯登电桥,惠斯登电桥桥臂两端的输出电压与施加的压力成正比,经过温度补偿和校准后具有体积小,精度高,响应速度快,不受温度变化影响的特点。鼎盛合气压传感器输出方式一般为模拟电压输出和数字信号输出两种,其中数字信号输出方式由于和单片机连接方便,为主要输出方式。

     

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  • 基于51单片机的数字气压计

    千次阅读 2019-04-03 21:43:17
    气压计的硬件主要由四部分组成,分别为单片机最小系统、气压信号采集电路、ADC转换电路和数码管电路。 (2)气压信号采集转换电路 a.气压信号采集 数据采集模块由压力传感器MPX4115构成,其类型是硅压力传感器。这...

    1.概述
    本设计是基于MPX4115的数字气压计,硬件处理电路为大气压传感器模拟信号的采集、转换、处理和显示,并根据相应的软件需求设计控制程序。

    2.硬件设计
    (1)硬件总体框图
    气压计的硬件主要由四部分组成,分别为单片机最小系统、气压信号采集电路、ADC转换电路和数码管电路。
    在这里插入图片描述
    (2)气压信号采集转换电路
    a.气压信号采集
    数据采集模块由压力传感器MPX4115构成,其类型是硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电机技术,薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在0℃-85℃的温度下误差不超过1.5%,温度补偿是-40℃-125℃。

    b.AD转换
    ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。其作用是将气压信号采集的模拟信号转换为8位数字信号,并将结果传给单片机处理。
    正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线,分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的,所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平,此时芯片禁用,CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时,须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作,同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲,DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平,表示启始信号。
    在这里插入图片描述
    (3)硬件原理图
    在这里插入图片描述
    3.软件设计
    (1)ADC0832驱动程序

    //ADC0832的引脚
    sbit ADCS =P3^1;  //ADC0832 chip seclect
    sbit ADDI =P3^2;  //ADC0832 k in
    sbit ADDO =P3^2;  //ADC0832 k out
    sbit ADCLK =P3^0;  //ADC0832 clock signal080307208
    
    /*读ADC0832函数*/
    //采集并返回
    unsigned int Adc0832(unsigned char channel)     //AD转换,返回结果
    {
    	uchar i=0;
    	uchar j;
    	uint dat=0;
    	uchar ndat=0;
    	if(channel==0)channel=2;
    	if(channel==1)channel=3;
    	ADDI=1;
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCS=0;//拉低CS端
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCLK=1;//拉高CLK端
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCLK=1;//拉高CLK端
    	ADDI=channel&0x1;
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCLK=1;//拉高CLK端
    	ADDI=(channel>>1)&0x1;
    	_nop_();
    	_nop_();
    	ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
    	ADDI=1;//控制命令结束 
    	_nop_();
    	_nop_();
    	dat=0;
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		dat|=ADDO;//收数据
    		ADCLK=1;
    		_nop_();
    		_nop_();
    		ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
    		_nop_();
    		_nop_();
    		dat<<=1;
    		if(i==7)dat|=ADDO;
    	}  
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		j=0;
    		ADDO=1;//收数据
    		ADCLK=1;
    		_nop_();
    		_nop_();
    		ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
    		_nop_();
    		_nop_();
    		j=j<<7;
    		ndat=ndat|j;
    		if(i<7)ndat>>=1;
    	}
    	ADCS=1;//拉低CS端
    	ADCLK=0;//拉低CLK端
    	ADDO=1;//拉高数据端,回到初始状态
    	dat<<=8;
    	dat|=ndat;
    	return(dat);            //return ad k
    }
    

    (2)数码管显示程序

    unsigned char dispbitcode[8]={
    	0xf1,0xf2,0xf4,0xf8,0xef,0xdf,0xbf,0x7f
    	};  //位扫描
    unsigned char dispcode[11]={
    	0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff
    	};  //共阳数码管字段码
    unsigned char dispbuf[4];
    
    void display(void)  //数码管显示函数
    {
    	char k;
    	for(k=0;k<4;k++)
    	{
    		P2 = dispbitcode[k];
    		P0 = dispcode[dispbuf[k]];
    		if(k==1)      //加上数码管的dp小数点
    		P0&=0x7f;
    		delay_1ms();      
    	}
    }
    
    

    (3)主程序

    /*主程序*/
    void main(void) 
    {  
    	while(1)
    	{      unsigned int temp;
    		float  press;                 
    		getdata=Adc0832(0);
    		if(14<getdata<243)                           //当压力值介于15kpa到115kpa之间时,遵循线性变换
    		{                
    			int vary=getdata;                        //y=(115-15)/(243-13)*X+15kpa            
    			press=((10.0/23.0)*vary)+9.3;            //测试时补偿值为9.3
    			temp=(int)(press*10);                    //放大10倍,便于后面的计算
    			dispbuf[3]=temp/1000;                     //取压力值百位
    			dispbuf[2]=(temp%1000)/100;                //取压力值十位
    			dispbuf[1]=((temp%1000)%100)/10;            //取压力值个位
    			dispbuf[0]=((temp%1000)%100)%10;            //取压力值十分位
    			display();
    		}        
    	}
    }
    
    

    源码+仿真+AD原理图 下载:关注公众号,首页回复“气压计”获取资料
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  • 1.9 网络化智能精密压力传感器的原理与应用 第2章 智能传感器系统的原理与应用 2.1 传感器信号调理器 2.2 传感器信号处理器 2.3 单片功率测量系统 2.4 单片宽频带相应差测量系统 2.5 单片彩色扫描仪 第3章 数字IC...

空空如也

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压力传感器信号采集电路