【正文】 圖26 霍爾效應原理圖 在一塊半導體薄片上兩端通以電流I,并加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓，如圖27中的UH, 這種現(xiàn)象就是霍爾效應。)，則得到UH=KHIB (V) (23)由上式可知，霍爾電壓的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。具有靈敏度高，線性度好；結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，耐震動，功耗小，壽命長，頻率高(可達IMHz)；輸出噪聲低等特點。如圖24所示，UGN3503線性霍爾元件輸出的微弱信號經(jīng)電容禍合到前級運算放大器U2A的同相輸入端，運算放大器U2A把霍爾元件感應到的電壓轉(zhuǎn)換為對地電壓。當輸入電壓Vi2下降時，Vo2跟隨下降，D3導通，U2B也工作在深度負反饋狀態(tài)，深負反饋保證了二極管DD5可靠截止，Vc值得以保持。ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連接，這里將它的數(shù)據(jù)輸出口直接與單片機的數(shù)據(jù)總線P0口相連接，AT89S52的P0口作為數(shù)據(jù)總線，又作為低8位地址總線ADC0809的片內(nèi)沒有時鐘，時鐘信號必須由外部提供，這里利用AT89S52提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)計數(shù)器74LS163(邏輯功能見表21，引腳圖見圖211)構(gòu)成的4分頻器分頻獲得。 圖 212 AT89S52引腳圖 AT89S52片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖212所示，它具有如下特點：40個引腳，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，看門狗定時(WDT)電路，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位可編程定時計數(shù)器，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。鍵盤控制電路如圖214所示，K1鍵作為功能鍵設(shè)置靈敏度△U，靈敏度是可調(diào)的，K2和K3分別作為加1，減1鍵來調(diào)節(jié)靈敏度，K4是確定鍵，當K4鍵按下時，靈敏度值確定。LM7805三端正穩(wěn)壓器具有內(nèi)部過流、熱過載和輸出晶體管安全區(qū)保護功能，可將9VDC的輸入電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，保證板內(nèi)555定時器、UGN3503U、AT89S5ADC0809等芯片和元件可靠地工作。整個系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個外部中斷服務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序及發(fā)光報警等若干個子程序。經(jīng)過數(shù)據(jù)軟件濾波之后將其存放在單片機RAM 21H中，作為基準電壓U0。顯然N越大，信號平滑度越高，靈敏度就會降低，但是本設(shè)計中需要較高的靈敏度，所以N取值不易過大，這里我選擇了N=6，選擇取6個數(shù)進行計算的原因，就是因為在匯編中做計算是非常麻煩的，取6個數(shù)，減去最大值和最小值后，取平均值是除4，計算機的內(nèi)部計算都是二進制，而二進制每除一個2，實際上是向右移一次。(數(shù)字濾波程序)[15]圖33 數(shù)字濾波流程圖1．程序流程圖如圖34所示。但為了確保通過霍爾元件的磁通量，匝數(shù)的減少也是有限的，需要通過試驗來確定最佳匝數(shù)。而理論上輸出脈沖的頻率是24KHZ，從讀出的結(jié)果可以看出與理論值有一定的誤差，這是由于調(diào)試過程中如環(huán)境、儀器設(shè)備等因素造成的，雖然結(jié)果有誤差，但基本上是正確的，說明多諧振蕩器部分電路是正確的。硬件電路的設(shè)計分為兩個部分，一部分為線圈振蕩電路，包括：多諧振蕩電路、放大電路和探測線圈。四年的本科學習生活即將結(jié)束，在論文完成之際，我衷心地感謝在這四年的學習和生活中培養(yǎng)過我、幫助過我以及在論文寫作期間給予指導和支持的所有老師和同學?；鶞孰妷捍娣旁?1H。放入靈敏度值(設(shè)靈敏度值為N)。允許外中斷1中斷。置讀數(shù)標志。中斷返回。再判別是否有鍵按下。K1命令處理程序PKEY2:LCALL K2RET PKEY3:LCALL K4 RETK1: MOV P1,△U。 JZ KEY SETB A RETD10ms:MOV R7,10HDS1: MOV R6,0FFH。置連續(xù)采樣次數(shù)N=6。更新最大值。N個數(shù)減去最大最小。將算術(shù)平均值存入以30H為首址的RAM緩沖單元中。 INC A MOV A, △U+1。取最大值。 INC A RETK3: MOV P1, △U。按鍵未釋放,等待。A=0時無鍵按下,重新掃描鍵盤。 CPL A ANL A,0FHKEY1: JNZ KEY1 LCACC D10ms MOV A,B JB ,PKEY1 JB ,PKEY2 JB ,PKEY3 JB ,PKEY4EKEY: RETPKEY1:LCALL K1 RET。將A/D結(jié)果存入R5 。啟動A/D轉(zhuǎn)換。R1為緩沖區(qū)數(shù)據(jù)地址指針，送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址。INT1中斷服務(wù)程序入口。附 錄1 電路原理圖附 錄2 各模塊程序清單1．初始化子程序ADPORT EQU 7FF8H△U EQU 20HU0 EQU 21HU EQU 22HORG 0000HLJMP MAINORG 0013HLJMP INT1ORG 0020HMAIN：MOV SP，60MOV 20H，NMOV R7，F(xiàn)FH 。最后分析了設(shè)計中的主要技術(shù)指標，包括金屬探測器的工作頻率（12KHZ），靈敏度（包括：檢測線圈的尺寸對儀器靈敏度的影響和匝數(shù)對靈敏度的影響）以及穩(wěn)定性等技術(shù)指標。 試驗總結(jié) 綜上所述，在仿真調(diào)試過程中雖然遇到了一些問題，但是經(jīng)過分析改正最終成功調(diào)試出了多諧振蕩電路的輸出、數(shù)據(jù)采集電路的輸出、顯示部分的顯示值和蜂鳴聲等結(jié)果。需要反復調(diào)試，直到能夠?qū)崿F(xiàn)預期結(jié)果為止。由公式(l2)即： 可知：1．檢測線圈的尺寸對儀器的靈敏度有影響。2．程序清單參看附錄2(鍵盤掃描控制程序) [14]圖32 鍵盤控制流程圖設(shè)一個采樣周期，對通道0連續(xù)采樣6次，然后去掉最大和最小值，把剩余的累加和求算術(shù)平均值作為本周期采樣值。 金屬探測器的噪聲抑制能力是金屬探測器的主要設(shè)計指標。[7]在電路設(shè)計中，ADC0809與AT89S52是采用中斷方式連接的，所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理功能是在中斷服務(wù)程序中完成的，從原理圖22看出，ADC0809的EOC端通過反相器接AT89S52的NIT1端，作為中斷申請。當探測線圈L1靠近金屬物體時，由于電磁感應現(xiàn)象，會使探測電感值發(fā)生變化，從而使其周圍的磁場發(fā)生變化，霍爾元件感應到該變化的磁場，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號ux，該變化的電壓經(jīng)放大電路、峰值檢波電路后，得到相應的0V5V的峰值輸出電壓Ux，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到CPU，由CPU完成Ux與基準電壓U0的比較，二者比較?? Ux—U0??得到一個差值，此差值與預設(shè)的靈敏度△U再作比較。當鍵盤控制部分各鍵按下時，LED顯示相對應靈敏度數(shù)值，顯示電路如圖215。 圖213 AT89S52片內(nèi)結(jié)構(gòu) 鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機輸入設(shè)備。(地址總線的A15)作為片選信號，當ADC0809的START啟動信號輸入端為高電平時A/D開始轉(zhuǎn)換，在時鐘的控制下，一位一位地逼近，比較器一次次進行比較，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC(低到高)，并將8位數(shù)字量D7D0鎖存到輸出緩存器。ADC0809芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作時序示于圖28和圖29。[5]峰值檢測電路由兩級運算放大器組成，第一級運放U2B將輸入信號的峰值傳遞到電容C6上，并保持下來。[4]2．放大和峰值檢波電路 由于UGN35O3U線性霍爾元件采集到的電壓信號是一個毫伏級的信號，信號十分微弱，所以，在對其進行處理前，首先要進行放大。據(jù)此，將霍爾元件做成各種形式的探頭，固定在工作系統(tǒng)的適當位置，用它去檢測工作磁場，再根據(jù)霍爾輸出電壓的變化提取被檢信息，這就是線性霍爾元件的基本物理依據(jù)和作用?；魻栯妷篣H可用下式表示： UH=RHIB/d (V) （22）式中RH霍爾常數(shù) (m3cˉ185。圖23 數(shù)據(jù)采集電路1． 線性霍爾傳感器(linaer HallEeffct Sensors) 在電路設(shè)計中，選用了美國ALELGRO