【正文】 ，再重新置 為高電平，繼續(xù)采集下個峰值。當 測量穩(wěn)恒磁場和交變磁場時，為提高測量的準確度，提高精度，常需要轉換量程。這時必須要在每次轉換量程后，先把 和 置高，使 LF398 處于跟隨狀態(tài)，延時沈陽化工大學學士學位論 文 第 3章 系統的 硬件電路設計 20 50μ s，使得 LF398 的輸出和輸入相等；然后將 置低，進入峰值檢測狀態(tài)，完成量程轉換，這樣才能保證測量的準確性。 負峰值采樣保持與正峰值檢測保持工作原理相似，當 為低時開始工作。邏輯控制部分由單片機的 、 、 腳來完成。保持下來的峰值送給 MAX110里 進行檢測。 A/D 轉換電路 因為模數轉換器是一個系統精度的極限值，為了保證數據采集的精度，本儀器采用由 A/D 轉換器 MAX110 組成的數據采集電路。下面 是 對儀器中的 MAX110 做一下闡述。 MAX110 是美國著名的 MAXIM 公司推出的新型 A/D 轉換芯片。該芯片由于精度高，速度快而廣泛應用于醫(yī)用信號采集、便攜式儀表、壓力、溫度測量系統。 MAX110模數轉換器采用內部自動校準技術，無須借助外部 電路就可達到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，使其能理想地應用于高分辨率檢測的場合，采用177。 5V電源供電，可對 3V至 +3V范圍內的差分模擬信號進行變換。 電路在模擬部分與數字部分之間必須加入隔離電路，才能保證儀器的正常使用。模擬隔離放大器價格較高，所以儀器設計上 采用 數字隔離方法，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。實際工作中，串行 A/D 轉換器 MAX110 的數字側與微處理器之間全部采用了光電隔離器件，將MAX110 的數據輸入輸出信號、 時鐘信號、轉換結束中斷請求信號都由光電隔離器件實現電氣的隔離。使 A/D 轉換器之后的所有電路都與微處理器部分隔離，見圖 所示。串行 A/D 轉換器 MAX110 的轉換方式 與 標定由芯片控制字確定， MAX110 的控制字包括：輸入通道選擇、轉換時間控制、 SCLK 與過采樣頻率的比率控制、增益標定控制、模擬部分掉電控制、內部振蕩器掉電控制等控制字。每次執(zhí)行轉換時都有新送入的控制字，按控制字 去 進行 A/D 轉換。 單片機 光電隔離 串行 A/D MAX110 模擬量 沈陽化工大學學士學位論 文 第 3章 系統的 硬件電路設計 21 圖 MAX110 工作框圖 MAX110 的啟動包括 標定和轉換控制字的設置，但如果每次都要進行這種操作，耗時較長，可以將 MAX110 設置為連續(xù)轉換方式，本次轉換啟動下次轉換，下次轉換的轉換控制字由本次提供，這樣 MAX110 就可以連續(xù)產生采集數據中 斷，可以達到自動采集數據的目的 。 MAX110 在工作時，為 全雙工傳輸方式，單片機在送 MAX110 轉換命令字的同時，也接收 MAX110 的返回的轉換結果。在每次寫入 /讀出控制字時，需要檢測MAX110 的標志位，如果處于繁忙狀態(tài)，就會 延時一段時間，待繁忙狀態(tài)消失再讀或者寫。 MAX110 的實際工作電路見圖 所示。 圖 MAX110 工作原理圖 頻率測量 頻率測量是電子測量領域的最基本測量，通常頻率測量分為 兩種方法： 計數法。這是指在一定的時間間隔 T 內，對輸入的周期信號脈沖計數，如為 N，則信號的頻率為 f=N/T，相對誤差為 1/N 100%。這種方法適合于高頻測量，信號的頻率越高，則相對誤差越小。 測周期法。這種方法是計量在被測信號一個周期內頻率為沈陽化工大學學士學位論 文 第 3章 系統的 硬件電路設計 22 f0的標準信號的脈沖數 N 來間接測量頻率， f=f0/N。這種方法被測信號的周期越長（頻率越低），則測得的標準信號的脈沖數 N 越大， 相對誤差越小。 由于 AT89C52 含有 三個定時器 /計數器，用它們來測量頻率非常簡單方便，只需對輸出信號進行調零后再進行適當的放大，其后經過一個過零滯回比較器整形后得到方波信號，再通過一個四分頻器即可。為了更 為 準確地測量頻率，當信號頻率高于 5kHz 時用測頻率法，即關中斷 0INT ，把定時器 T0 設定一個時間 t0，開計數器T1，計數器溢出一次，則把內存中事先設好的某個單元中數值加 1。若 t0時間內計數值為 N1，可求得被測信號的頻率為 4N1/t0。頻率低于 5kHz 時用測周期法，即關計數器 T1，開定時器 T0，中斷 0INT 以邊沿方式觸發(fā)，發(fā)生第一次中斷時， T0 計時為t1，再次發(fā)生中斷時關掉中斷，此時計數器 T0 計時為 t2，則被測信號的周期 T=（ t2t1）/4，則頻率 f=4/（ t2t1）。為了測量較低的信號頻率，可以使 T0 循環(huán)計數。由于加 上了四分頻，該方法可測小于 2MHz 的信號。可以比較準確的測得信號的頻率。 顯示及鍵盤接口 Intel 公司的 8279 是可編程的鍵盤和顯示接口器件。單個芯片可以實現鍵盤輸入和 LED 顯示控制兩種功能。使用它可以簡化系統的軟硬件設計，充分提 高 CPU 的工作效率。 8279 包括鍵盤輸入、顯示輸出及 I/O 控制和數據緩沖器三部分。 鍵盤部分提供掃描方式，可以與具有 64 個按鍵或傳感器陣列相連。能自動消除按鍵開關抖動 并 具有幾個鍵同時按下的保護。 顯示部分按動態(tài)掃描方式工作，是可以驅動 8位或 16 位的 LED 顯示器。 I/O控制線是 CPU對 8279 進行控制的控制信號輸入線。 數據緩沖器（雙向）是 8279 內部總線與外部總線的接口部分，用于傳送 CPU 與 8279 之間的命令、數據及狀態(tài)信息。 圖 是一個實際的 8279 鍵盤顯示電路。采用 16個鍵盤輸入， 8 位 LED 顯示。采用 8279 設計鍵盤顯示電路時， 8279 芯片中設有先入先出 RAM，可儲存 8個鍵值。當有鍵按下時， 8279 可先將按下鍵的鍵值讀入 FIFO RAM 中，然后向 CPU 發(fā)出中斷申請或等待 CPU 查詢，取走數據。 8279 的顯示輸出部分設有 16個字節(jié)的顯示 RAM，可接 16位 LED 顯示器。 CPU 先指定顯示 RAM 的地址，再對其寫入或讀出。該 RAM 地址可自動加 1，供 CPU 依次寫入或讀出。 CPU 向顯示器寫入顯示字符可以從左進入，也可以從右進入，還可以進入指定顯示位置。 沈陽化工大學學士學位論 文 第 3章 系統的 硬件電路設計 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鍵盤與顯示接口電路 3..7 本章小結 根據特斯拉計電路原理框圖 去 做 電路， 在做的過程中動手能力得到了提高，同時對相應的硬件特性有 了更加深入的了解 。沈陽化工大學學士學位論文 第 4 章 系統軟件設計 24 第 4章 系統的軟件設計 特斯拉計的軟件部分主要采用匯編語言編寫，包括主程序、定標子程序、調零子程序、數據采集子程序、頻率測量程序、鍵盤中斷子程序、 A/D 轉換程序、 D/A 轉換程序、計算磁場大小的子程序、顯示子程序等。系統默認為自動測量模式，選擇最大量程。儀器軟件流程圖 如 圖 所示。 定標子程序設計 在磁場測量過程當中，如果出現了霍爾探頭損壞的情 況，這時候就需要更換霍爾探頭，更換后就需要重新定標，該儀器通過硬件和軟件設計，實現了隨時可以自動定標。當更換探頭后，按下定標鍵，系統將執(zhí)行定標子程序。探頭與特斯 拉計的接口處封裝著 有探頭定標參數的 X24128，讀出 E2PROM 中的探頭定標，通過 D/A轉換程序使其成為模擬信號，單片機控制壓控電流源， 就能 使其輸出電流值滿足定標要求，從而定標完成。 沈陽化工大學學士學位論文 第 4 章 系統軟件設計 25 圖 特斯拉計軟件流程圖 否 否 否 是 是 是 是 是 否 否 是 定標子程序 系統初始化 開始 調零子程序 A/D 轉換 顯示子程序 為低 為低 負峰值采樣 為低 N200? N+1 延時 10ms 正峰值采樣 為低 M200? M+1 延遲 10ms 負峰值采樣 計算磁場值，判斷磁場類型 正峰值采樣 計算磁場 、 判斷磁場類型 頻率測量子程序 否 沈陽化工大學學士學位論文 第 4 章 系統軟件設計 26 圖 定標流程圖 數據采集子程序 在數據采集子程序中，判斷是否為手動，若是則直接采集，并保存數據。若不是則判斷量程是否合適，不合適則轉換量程重新測量，并保存上次測量的值。若轉換后測量為零，說明為脈沖場，以上次測量值為準。因此，對于脈沖場，若 知道其場強范圍， 手動選擇量程 比較好 。 數據采集程序部分包括對 MAX110 的初始化、 MAX110 控制字的輸入、 A/D 轉換結果的輸出。 MAX110 控制字輸入 /轉換結果輸出子程序完成的功能是： 將 MAX110 的控制字由單片機送至 MAX110，決定 MAX110 的分辨率，轉換速度，轉換通 道及進行增益定標和調零； 將 A/D 轉換的結果由 MAX110 送至單片機，以獲得輸入、輸出電流和電壓值。 否 是 定標開始 是否按下定標鍵 讀 E2PROM 中定標參數 D/A轉換 控制壓控恒流源 定標完成 測量磁場 沈陽化工大學學士學位論文 第 4 章 系統軟件設計 27 MAX110 具體工作過程是：將 SCLK 拉抵后，置 CS 為低選中 MAX110；把要送入 MAX110 的一位數據送到 DIN 引腳上；拉高 SCLK；從 DOUT 腳讀入一位數據；置 SCLK 為低。若 16 位數據未處理完則繼續(xù)把數據送到 DIN 引腳重復以上過程，直到十六位數據均處理完成為止。當控制字最高位為“ 1”， 16 位控制字完全送入后，將 CS 拉高，就能 開始一次轉換。在轉換過程中 CS 必需保持為高（此時 BUSY 信號保持為低），否則 轉換結果是不確定的。在讀或寫數據時都是高位在先，低位在后。轉換結果的格式是：最高位為極性位 POL，然后 是過量程位 OFL，再下面就是 14 位的轉換結果。 該儀器 A/D 轉換數據由 接收，控制字由 送至 MAX110， MAX110 的同步時鐘 (SCLK)信號由 提供， 用來探測“ BUSY”標志位，當 接收到低電平時說明 MAX110 正處于“ BUSY”狀態(tài)， 作為片選。 MAX110 被選通后，在 為低電平時控制字被送入，在 為高電平時， A/D 轉換結果被送出。在A/D 轉換結果被 送出之前，還必須 進行正負判斷，如果為正數直接送出，如果為負數對其進行取反加 1（求補碼）操作后再送出。程序流程圖見圖 所