【正文】 ，再重新置 為高電平，繼續(xù)采集下個(gè)峰值。當(dāng) 測(cè)量穩(wěn)恒磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)時(shí)，為提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，提高精度，常需要轉(zhuǎn)換量程。這時(shí)必須要在每次轉(zhuǎn)換量程后，先把 和 置高，使 LF398 處于跟隨狀態(tài)，延時(shí)沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計(jì) 20 50μ s，使得 LF398 的輸出和輸入相等；然后將 置低，進(jìn)入峰值檢測(cè)狀態(tài)，完成量程轉(zhuǎn)換，這樣才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。 負(fù)峰值采樣保持與正峰值檢測(cè)保持工作原理相似，當(dāng) 為低時(shí)開(kāi)始工作。邏輯控制部分由單片機(jī)的 、 、 腳來(lái)完成。保持下來(lái)的峰值送給 MAX110里 進(jìn)行檢測(cè)。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 因?yàn)槟?shù)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)系統(tǒng)精度的極限值，為了保證數(shù)據(jù)采集的精度，本儀器采用由 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX110 組成的數(shù)據(jù)采集電路。下面 是 對(duì)儀器中的 MAX110 做一下闡述。 MAX110 是美國(guó)著名的 MAXIM 公司推出的新型 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。該芯片由于精度高，速度快而廣泛應(yīng)用于醫(yī)用信號(hào)采集、便攜式儀表、壓力、溫度測(cè)量系統(tǒng)。 MAX110模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，無(wú)須借助外部 電路就可達(dá)到177。 14 位的分辨率，并 且 能指出超量程位。工作電源電流僅 550μ A，使其能理想地應(yīng)用于高分辨率檢測(cè)的場(chǎng)合，采用177。 5V電源供電，可對(duì) 3V至 +3V范圍內(nèi)的差分模擬信號(hào)進(jìn)行變換。 電路在模擬部分與數(shù)字部分之間必須加入隔離電路，才能保證儀器的正常使用。模擬隔離放大器價(jià)格較高，所以?xún)x器設(shè)計(jì)上 采用 數(shù)字隔離方法，即光電隔離。由于MAX110 是串行 A/D 芯片，這就可以大大減少光電隔離電路的組數(shù)。實(shí)際工作中，串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX110 的數(shù)字側(cè)與微處理器之間全部采用了光電隔離器件，將MAX110 的數(shù)據(jù)輸入輸出信號(hào)、 時(shí)鐘信號(hào)、轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷請(qǐng)求信號(hào)都由光電隔離器件實(shí)現(xiàn)電氣的隔離。使 A/D 轉(zhuǎn)換器之后的所有電路都與微處理器部分隔離，見(jiàn)圖 所示。串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX110 的轉(zhuǎn)換方式 與 標(biāo)定由芯片控制字確定， MAX110 的控制字包括：輸入通道選擇、轉(zhuǎn)換時(shí)間控制、 SCLK 與過(guò)采樣頻率的比率控制、增益標(biāo)定控制、模擬部分掉電控制、內(nèi)部振蕩器掉電控制等控制字。每次執(zhí)行轉(zhuǎn)換時(shí)都有新送入的控制字，按控制字 去 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 單片機(jī) 光電隔離 串行 A/D MAX110 模擬量 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計(jì) 21 圖 MAX110 工作框圖 MAX110 的啟動(dòng)包括 標(biāo)定和轉(zhuǎn)換控制字的設(shè)置，但如果每次都要進(jìn)行這種操作，耗時(shí)較長(zhǎng)，可以將 MAX110 設(shè)置為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，本次轉(zhuǎn)換啟動(dòng)下次轉(zhuǎn)換，下次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換控制字由本次提供，這樣 MAX110 就可以連續(xù)產(chǎn)生采集數(shù)據(jù)中 斷，可以達(dá)到自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的目的 。 MAX110 在工作時(shí)，為 全雙工傳輸方式，單片機(jī)在送 MAX110 轉(zhuǎn)換命令字的同時(shí)，也接收 MAX110 的返回的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在每次寫(xiě)入 /讀出控制字時(shí)，需要檢測(cè)MAX110 的標(biāo)志位，如果處于繁忙狀態(tài)，就會(huì) 延時(shí)一段時(shí)間，待繁忙狀態(tài)消失再讀或者寫(xiě)。 MAX110 的實(shí)際工作電路見(jiàn)圖 所示。 圖 MAX110 工作原理圖 頻率測(cè)量 頻率測(cè)量是電子測(cè)量領(lǐng)域的最基本測(cè)量，通常頻率測(cè)量分為 兩種方法： 計(jì)數(shù)法。這是指在一定的時(shí)間間隔 T 內(nèi)，對(duì)輸入的周期信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)，如為 N，則信號(hào)的頻率為 f=N/T，相對(duì)誤差為 1/N 100%。這種方法適合于高頻測(cè)量，信號(hào)的頻率越高，則相對(duì)誤差越小。 測(cè)周期法。這種方法是計(jì)量在被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)頻率為沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計(jì) 22 f0的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的脈沖數(shù) N 來(lái)間接測(cè)量頻率， f=f0/N。這種方法被測(cè)信號(hào)的周期越長(zhǎng)（頻率越低），則測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的脈沖數(shù) N 越大， 相對(duì)誤差越小。 由于 AT89C52 含有 三個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，用它們來(lái)測(cè)量頻率非常簡(jiǎn)單方便，只需對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)零后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，其后?jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)零滯回比較器整形后得到方波信號(hào)，再通過(guò)一個(gè)四分頻器即可。為了更 為 準(zhǔn)確地測(cè)量頻率，當(dāng)信號(hào)頻率高于 5kHz 時(shí)用測(cè)頻率法，即關(guān)中斷 0INT ，把定時(shí)器 T0 設(shè)定一個(gè)時(shí)間 t0，開(kāi)計(jì)數(shù)器T1，計(jì)數(shù)器溢出一次，則把內(nèi)存中事先設(shè)好的某個(gè)單元中數(shù)值加 1。若 t0時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值為 N1，可求得被測(cè)信號(hào)的頻率為 4N1/t0。頻率低于 5kHz 時(shí)用測(cè)周期法，即關(guān)計(jì)數(shù)器 T1，開(kāi)定時(shí)器 T0，中斷 0INT 以邊沿方式觸發(fā)，發(fā)生第一次中斷時(shí)， T0 計(jì)時(shí)為t1，再次發(fā)生中斷時(shí)關(guān)掉中斷，此時(shí)計(jì)數(shù)器 T0 計(jì)時(shí)為 t2，則被測(cè)信號(hào)的周期 T=（ t2t1）/4，則頻率 f=4/（ t2t1）。為了測(cè)量較低的信號(hào)頻率，可以使 T0 循環(huán)計(jì)數(shù)。由于加 上了四分頻，該方法可測(cè)小于 2MHz 的信號(hào)?？梢员容^準(zhǔn)確的測(cè)得信號(hào)的頻率。 顯示及鍵盤(pán)接口 Intel 公司的 8279 是可編程的鍵盤(pán)和顯示接口器件。單個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入和 LED 顯示控制兩種功能。使用它可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，充分提 高 CPU 的工作效率。 8279 包括鍵盤(pán)輸入、顯示輸出及 I/O 控制和數(shù)據(jù)緩沖器三部分。 鍵盤(pán)部分提供掃描方式，可以與具有 64 個(gè)按鍵或傳感器陣列相連。能自動(dòng)消除按鍵開(kāi)關(guān)抖動(dòng) 并 具有幾個(gè)鍵同時(shí)按下的保護(hù)。 顯示部分按動(dòng)態(tài)掃描方式工作，是可以驅(qū)動(dòng) 8位或 16 位的 LED 顯示器。 I/O控制線(xiàn)是 CPU對(duì) 8279 進(jìn)行控制的控制信號(hào)輸入線(xiàn)。 數(shù)據(jù)緩沖器（雙向）是 8279 內(nèi)部總線(xiàn)與外部總線(xiàn)的接口部分，用于傳送 CPU 與 8279 之間的命令、數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。 圖 是一個(gè)實(shí)際的 8279 鍵盤(pán)顯示電路。采用 16個(gè)鍵盤(pán)輸入， 8 位 LED 顯示。采用 8279 設(shè)計(jì)鍵盤(pán)顯示電路時(shí)， 8279 芯片中設(shè)有先入先出 RAM，可儲(chǔ)存 8個(gè)鍵值。當(dāng)有鍵按下時(shí)， 8279 可先將按下鍵的鍵值讀入 FIFO RAM 中，然后向 CPU 發(fā)出中斷申請(qǐng)或等待 CPU 查詢(xún)，取走數(shù)據(jù)。 8279 的顯示輸出部分設(shè)有 16個(gè)字節(jié)的顯示 RAM，可接 16位 LED 顯示器。 CPU 先指定顯示 RAM 的地址，再對(duì)其寫(xiě)入或讀出。該 RAM 地址可自動(dòng)加 1，供 CPU 依次寫(xiě)入或讀出。 CPU 向顯示器寫(xiě)入顯示字符可以從左進(jìn)入，也可以從右進(jìn)入，還可以進(jìn)入指定顯示位置。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計(jì) 23 W RR DP 2 . 78 2 7 9O U T A 3共 陰 極L E Dabcdefgd p+ 5V1 0 0 Ω 87 4 0 6 27 4 0 6O U T A 2O U T A 1O U T A 0O U T B 3O U T B 2O U T B 1O U T B 0R L 2R L 1R L 01 321 141 05R L 3Y 0Y 7CBAG 2 AG 2 B7 4 L S 1 3 8S L 2S L 1S L 01 23S H I F TC N T L96871 411 50R L 4R L 5R L 6R L 774LS373GD 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7W RR DC SAT89C51P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7A 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8C L KA L EW RR DP 2 . 7 圖 8279鍵盤(pán)與顯示接口電路 3..7 本章小結(jié) 根據(jù)特斯拉計(jì)電路原理框圖 去 做 電路， 在做的過(guò)程中動(dòng)手能力得到了提高，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的硬件特性有 了更加深入的了解 。沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 第 4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 特斯拉計(jì)的軟件部分主要采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，包括主程序、定標(biāo)子程序、調(diào)零子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、頻率測(cè)量程序、鍵盤(pán)中斷子程序、 A/D 轉(zhuǎn)換程序、 D/A 轉(zhuǎn)換程序、計(jì)算磁場(chǎng)大小的子程序、顯示子程序等。系統(tǒng)默認(rèn)為自動(dòng)測(cè)量模式，選擇最大量程。儀器軟件流程圖 如 圖 所示。 定標(biāo)子程序設(shè)計(jì) 在磁場(chǎng)測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，如果出現(xiàn)了霍爾探頭損壞的情 況，這時(shí)候就需要更換霍爾探頭，更換后就需要重新定標(biāo)，該儀器通過(guò)硬件和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)可以自動(dòng)定標(biāo)。當(dāng)更換探頭后，按下定標(biāo)鍵，系統(tǒng)將執(zhí)行定標(biāo)子程序。探頭與特斯 拉計(jì)的接口處封裝著 有探頭定標(biāo)參數(shù)的 X24128，讀出 E2PROM 中的探頭定標(biāo)，通過(guò) D/A轉(zhuǎn)換程序使其成為模擬信號(hào)，單片機(jī)控制壓控電流源， 就能 使其輸出電流值滿(mǎn)足定標(biāo)要求，從而定標(biāo)完成。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 圖 特斯拉計(jì)軟件流程圖 否 否 否 是 是 是 是 是 否 否 是 定標(biāo)子程序 系統(tǒng)初始化 開(kāi)始 調(diào)零子程序 A/D 轉(zhuǎn)換 顯示子程序 為低 為低 負(fù)峰值采樣 為低 N200? N+1 延時(shí) 10ms 正峰值采樣 為低 M200? M+1 延遲 10ms 負(fù)峰值采樣 計(jì)算磁場(chǎng)值，判斷磁場(chǎng)類(lèi)型 正峰值采樣 計(jì)算磁場(chǎng) 、 判斷磁場(chǎng)類(lèi)型 頻率測(cè)量子程序 否 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 圖 定標(biāo)流程圖 數(shù)據(jù)采集子程序 在數(shù)據(jù)采集子程序中，判斷是否為手動(dòng)，若是則直接采集，并保存數(shù)據(jù)。若不是則判斷量程是否合適，不合適則轉(zhuǎn)換量程重新測(cè)量，并保存上次測(cè)量的值。若轉(zhuǎn)換后測(cè)量為零，說(shuō)明為脈沖場(chǎng)，以上次測(cè)量值為準(zhǔn)。因此，對(duì)于脈沖場(chǎng)，若 知道其場(chǎng)強(qiáng)范圍， 手動(dòng)選擇量程 比較好 。 數(shù)據(jù)采集程序部分包括對(duì) MAX110 的初始化、 MAX110 控制字的輸入、 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。 MAX110 控制字輸入 /轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出子程序完成的功能是： 將 MAX110 的控制字由單片機(jī)送至 MAX110，決定 MAX110 的分辨率，轉(zhuǎn)換速度，轉(zhuǎn)換通 道及進(jìn)行增益定標(biāo)和調(diào)零； 將 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果由 MAX110 送至單片機(jī)，以獲得輸入、輸出電流和電壓值。 否 是 定標(biāo)開(kāi)始 是否按下定標(biāo)鍵 讀 E2PROM 中定標(biāo)參數(shù) D/A轉(zhuǎn)換 控制壓控恒流源 定標(biāo)完成 測(cè)量磁場(chǎng) 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 MAX110 具體工作過(guò)程是：將 SCLK 拉抵后，置 CS 為低選中 MAX110；把要送入 MAX110 的一位數(shù)據(jù)送到 DIN 引腳上；拉高 SCLK；從 DOUT 腳讀入一位數(shù)據(jù)；置 SCLK 為低。若 16 位數(shù)據(jù)未處理完則繼續(xù)把數(shù)據(jù)送到 DIN 引腳重復(fù)以上過(guò)程，直到十六位數(shù)據(jù)均處理完成為止。當(dāng)控制字最高位為“ 1”， 16 位控制字完全送入后，將 CS 拉高，就能 開(kāi)始一次轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中 CS 必需保持為高（此時(shí) BUSY 信號(hào)保持為低），否則 轉(zhuǎn)換結(jié)果是不確定的。在讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)都是高位在先，低位在后。轉(zhuǎn)換結(jié)果的格式是：最高位為極性位 POL，然后 是過(guò)量程位 OFL，再下面就是 14 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 該儀器 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由 接收，控制字由 送至 MAX110， MAX110 的同步時(shí)鐘 (SCLK)信號(hào)由 提供， 用來(lái)探測(cè)“ BUSY”標(biāo)志位，當(dāng) 接收到低電平時(shí)說(shuō)明 MAX110 正處于“ BUSY”狀態(tài)， 作為片選。 MAX110 被選通后，在 為低電平時(shí)控制字被送入，在 為高電平時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果被送出。在A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果被 送出之前，還必須 進(jìn)行正負(fù)判斷，如果為正數(shù)直接送出，如果為負(fù)數(shù)對(duì)其進(jìn)行取反加 1（求補(bǔ)碼）操作后再送出。程序流程圖見(jiàn)圖 所