【文章內(nèi)容簡介】 0809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。ALE引腳的頻率是單片機時鐘頻率的1/6,單片機時鐘頻率為12MHZ，則ALE引腳頻率約為2MHZ，再經(jīng)4分頻后為500kHZ，所以ADC0809能可靠工作。ADC0809的模擬輸入范圍:單極性0~5V，設計中采用+5V單電源供電。如圖210所示，放大后的電壓信號送入ADC0809的模擬輸入通道IN0進行A/D轉(zhuǎn)換。(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。AT89S52的讀信號端發(fā)出一個輸出允許命令輸入到ADC0809的ENABLE(即OE)端，ENABLE(OE)端呈高電位，用以打開三態(tài)輸出鎖存器，AT89S52從ADC0809讀取相應電壓數(shù)字量，然后存入數(shù)據(jù)緩沖器中。 圖210 A/D轉(zhuǎn)換電路表 21 74LS163的邏輯功能表圖211 74LS163引腳圖采用AT89S52單片機。AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)(引腳圖如圖211所示)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。 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。此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0HZ并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時計數(shù)器、串行口及外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。其工作電壓為5V，晶振頻率采用12MHZ。 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備。操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)。常態(tài)時，按鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時他們才閉合。鍵盤控制電路如圖214所示，K1鍵作為功能鍵設置靈敏度△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。圖214 鍵盤控制電路 AT89S52的串行口RXD和TXD為一全雙工串行通信口，但在工作方式0下可作同步移位寄存器用，其數(shù)據(jù)由RXD（）端輸出或輸入；而同步移位時鐘由TXD（）端串行輸出，在同步時鐘作用下，實現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信。在不需要使用串行通信的場合，利用串行口加外圍芯片74HC164就可構(gòu)成一個或多個并行輸入/輸出口，用于顯示器LED驅(qū)動。單片機中通常使用7段LED構(gòu)成字型“8”，另外，還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管，以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點。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。一旦發(fā)現(xiàn)金屬出現(xiàn)，則被測物理量超限由單片機I/，進行必要的定位搜身檢查，報警電路如圖216所示。圖215 顯示電路圖216 報警電路電路如圖217所示，電源供電由9V電池和板內(nèi)穩(wěn)壓電源組成。電路板內(nèi)采用三端穩(wěn)壓集成電路塊LM7805為板內(nèi)元器件供電。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。圖217 電源電路在工作過程中，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個頻率為24KHz的脈沖信號，此脈沖信號經(jīng)過緩沖和放大之后，形成頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號輸入到探測線圈中，通電的線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，此時，固定在線圈L1中心的霍爾元件UGN3503U就會感應到線圈周圍的磁場，并將磁場強度信號線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號。在無金屬的情況下，假設霍爾輸出電壓為u0，該電壓信號u0很微弱，屬mV級信號，u0經(jīng)過放大電路放大，再通過峰值檢波電路，得到相應的0V~5V的峰值輸出電壓U0，以滿足ADC0809的量程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將U0的數(shù)字量輸入到單片機儲存起來。此后，以該電壓信號作為基準電壓，與A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號進行比較判斷。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，此差值與預設的靈敏度△U再作比較。靈敏度由鍵盤控制電路中各鍵輸入，顯示電路部分則顯示各鍵按下后的相應數(shù)值，當然，△U大小的設定決定著系統(tǒng)精度的高低。若|UxU0|△U，就確定為探測到金屬，，進行聲音報警。第3章 系統(tǒng)軟件設計軟件是本系統(tǒng)的靈魂，在設計軟件中，本文從系統(tǒng)的實用性、可靠性及方便靈活等幾個方面出發(fā)，使程序滿足設計的功能要求。整個系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個外部中斷服務程序、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。軟件采用匯編語言編寫，并采用模塊化設計，使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進一步擴展系統(tǒng)的功能。主程序初始化以后置位AT89S52的中斷控制位EA，使CPU開放中斷。然后通過檢測RAM中21H中數(shù)值的值來判斷是否采集基準電壓U0，如果未采集過U0，則啟動ADC0809對NIO通道的模擬輸入量進行A/D轉(zhuǎn)換。[7]在電路設計中，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。采用中斷方式，可大大節(jié)省CPU時間。[8]軟件編程允許AT89S52響應外部中斷1，且設置其響應方式為邊沿觸發(fā)。當A/D轉(zhuǎn)換完畢后，ADC0809的EOC端向AT89S52的INT1的返向端送入一個中斷申請信號，AT89S52接此信號后響應中斷請求，調(diào)用中斷服務子程序INTl，中斷服務程序進行壓棧，保護現(xiàn)場，讀取來自ADC0809數(shù)據(jù)輸出口的8位數(shù)字量，并將數(shù)字量儲存到單片機RAM中，然后啟動ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。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。[9]經(jīng)反復實驗測得的靈敏度△U的值被存放在單片機RAM地址為20H的存儲器中。在檢測過程中，將A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)軟件濾波后存入內(nèi)部RAM以30H為首址的數(shù)據(jù)存儲器中，然后將此數(shù)據(jù)Ux二和基準電壓U0進行比較，二者差值U存放在單片機ARM地址為22H的存儲器中。而后再通過判據(jù)算法將此差值U與靈敏度△U（靈敏度可調(diào)）進行比較，以確定是否報警鍵盤控制電路各鍵控制靈敏度的值，并在顯示電路部分顯示按鍵后的對應數(shù)值。 金屬探測器的噪聲抑制能力是金屬探測器的主要設計指標。由于在采集電壓量時經(jīng)常會碰到各種瞬時干擾，而采用硬件濾波存在硬件電路復雜等諸多弊端，因此本設計中采用算術(shù)平均濾波法，即在一次電壓量的采集中，在很短的時間內(nèi)對它進行6次采集，將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后求和，分析出6次輸入中的最大值和最小值，然后減去最大值和最小值，除以4得到平均值的方法，完成一次數(shù)據(jù)采集的軟件濾波。用軟件代替硬件，從而省去了復雜的硬件，而且能夠取得好而精確的效果。[10]在一個采樣周期內(nèi)，對信號X的N次測量值進行算術(shù)平均，作為時刻K的輸出x(k)，即 （31）其中N為采樣次數(shù)，xi為第i次的采樣值。顯然N越大，信號平滑度越高，靈敏度就會降低，但是本設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