摘要：為實現提供氣壓和溫度參數的高穩定性和高準確性的測量，介紹了MS5540C的特性和工作原理，并給出了基于MS5540C的微型傳感器相關的硬件設計，提供了部分相關軟件函數的設計作參考，最后對測量結果的補償校準進行了討論。試驗表明，該設計具有高穩定性和高準確性。

關鍵詞：MS5540C；氣壓；SPI；溫度；校準

在工業領域、科學研究中，尤其是戶外復雜的工作環境中，經常需要高精度測量環境溫度、氣壓。但是傳統的專門的氣壓和溫度測量儀器存在不便攜帶，精度不高的缺點，另外工業控制環境和戶外惡劣環境下對氣壓和溫度測量儀器的影響不可忽略，甚至有時會嚴重影響測量結果。電子測量儀器的微型化合低功耗的發展趨勢，迫切需要具有高穩定性、高靈敏度、高分辨率、低功耗、寬溫度范圍的微型便攜式的氣壓和溫度測量儀器的出現。MS5540C是瑞士Intersema公司推出的基于MEMS技術的數字壓力傳感器，在微型化低功耗高分辨率方面，以及高穩定性和可靠性方面具有獨特的優勢。本文介紹了基于MS5540C的的微型氣壓傳感器的硬件和軟件相關設計以及數據補償等問題。

1 MS5540C的特性和硬件電路的設計

MS5540C是SMD混合器件，集成包括精確壓阻式壓力傳感器，電阻式溫度傳感器，16位ADC和數字濾波器及SPI數字接口電路等，尺寸6．2 ×6．4 mm，工作溫度為-40～+85℃，工作電流僅為5μA，符合歐洲ROHS認證要求，廣泛應用于便攜式氣壓計高度計，天氣控制系統，GPS接收機等方面。

圖1是MS5540C的框圖結構。它具有引腳少接口簡單的特點。MS5540C供電電壓為2．2～3．6 V，與處理器的通訊接口為SPI串行接口，另外還需要一個32．768 kHz的時鐘輸入到MCLK引腳。

MS5540C可以非常方便地連接到微處理器，特別是帶有SPI接口的處理器，不過微處理器也要選擇-40～85℃工作范圍的工業級MCU以適應復雜的野外環境。為了提高穩定性和可靠性，我們推薦如圖2所示的電路設計。

對于32．768 kHz的時鐘，不推薦使用晶體或MCU來提供，原因是這種晶體或MCU提高的時鐘在寬范圍溫度條件下并不能保證穩定。圖中使用工作范圍為-40～85℃的有源晶振。時鐘晶振的電源與MS5540C相同，并且需要1～10μF之間的濾波電容及1個0．01～0．1 nF之間的去耦電容，并且通過磁珠消除高頻噪聲。晶振輸出端最好加10～33 Ω的匹配電阻。M5540C的電源端必須認真處理，如圖2所示，通過增加磁珠消除高頻噪聲，1μF和0．01μF電容實現濾波和去耦。PCB布局時，0．01μF電容盡量靠近VDD引腳。

MS5540C的SPI接口與MCU的連接如圖2所示，DIN和DOUT加10 kΩ的上拉電阻，并且在靠近MS5540C的SCLK端加一個15 pF的高頻濾波電容，這對于野外惡劣環境下消除干擾非常有效。

M5540C是超低功耗器件，采樣轉換期間的功耗也僅為1 mA。

2 MS5540C的程序設計

2．1 MS5540C的工作原理

MS5540C包括一個壓阻式的傳感器和傳感器接口電路。它的主要功能是將壓力傳感器輸出的未補償的模擬電壓轉換成16位數字值，通過接口電路可以將16位數字值輸出。共有2個16位數字值需要輸出，分別是用于氣壓和溫度測量結果計算的D1和D2。這兩個16位數據結果是非常粗糙的，必須通過外部處理器進行補償計算，才能得到比較精確的結果。

每個模塊都會在兩個溫度和兩個氣壓值下進行工廠校準，得到6個補償系數C1～C6，這6個補償系數共64 bit，以4個16 bit的字形式儲存在模塊內的PROM中。因此，在進行補償計算前，必須先讀出這6個補償系數。關于補償系數在4個16位字中的排列方式，請參看文獻的圖4。

2．2 MS5540C的軟件設計

使用帶有SPI接口的MCU與MS5540C接口，將會使程序設計變得簡單。我們以帶有SPI接口的51單片機STCl2LE5A60S2為例來介紹MS5540C的軟件編程。

由前所述，4個16位的補償數據及2個分別為氣壓和溫度傳感器轉換而來的16位結果數據都需要通過SPI來讀取。關于這些數據的讀取，Intersema規定了一套簡單的通訊協議，協議要求處理要先發命令數據，然后才能讀取16位數據。命令數據包括起始位，設置位和停止位，各個數據有不同的設置位，另外為了復位MS5540C，Intersema還提供了一個用于reset模塊的命令，關于具體的通訊協議，請參考文獻。