【正文】 保存。在采樣狀態(tài)，為了使保持下來的峰值不被下一個不同的峰值替換掉，當(dāng)檢測到 被置成低電平（ LF398 已經(jīng)取得峰值， Vo 大于 Vin）時，單片機(jī)控制置 腳為低電平，這樣 D只能為低電平， LF398 控制端為低，只能處于保持狀態(tài)，從而封鎖了輸入信號，當(dāng)將其值被 A/D 轉(zhuǎn)換器讀走之后，再重新置 為 高電平，繼續(xù)采集下個峰值。當(dāng) 測量穩(wěn)恒磁場和交變磁場時，為提高測量的準(zhǔn)確度，提高精度，常需要轉(zhuǎn)換量程。這時必須要在每次轉(zhuǎn)換量程后，先把 和 置高，使 LF398 處于跟隨狀態(tài)，延時沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計 20 50μ s，使得 LF398 的輸出和輸入相等；然后將 置低，進(jìn)入峰值檢測狀態(tài)，完成量程轉(zhuǎn)換，這樣才能保證測量的準(zhǔn)確性。 負(fù)峰值采樣保持與正峰值檢測保持工作原理相似，當(dāng) 為低時開始工作。邏輯控制部分由單片機(jī)的 、 、 腳來完成。保持下來的峰值送給 MAX110里 進(jìn)行檢測。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 因為模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一個系統(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(zhuǎn)換芯片。該芯片由于精度高，速度快而廣泛應(yīng)用于醫(yī)用信號采集、便攜式儀表、壓力、溫度測量系統(tǒng)。 MAX110模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用內(nèi)部自動校準(zhǔn)技術(shù)，無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)用于高分辨率檢測的場合，采用177。 5V 電源供電，可對 3V 至 +3V 范圍內(nèi)的差分模擬信號進(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。模擬隔離放大器價格較高，所以儀器設(shè)計上 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、時鐘信號、轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷請求信號都由光電隔離器件實現(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)換時間控制、 SCLK 與過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 21 圖 MAX110 工作框圖 MAX110 的啟動包括標(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，耗時較長，可以將 MAX110 設(shè)置為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，本次轉(zhuǎn)換啟動下次轉(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)到自動采集數(shù)據(jù)的目的 。 MAX110 在工作時，為 全雙工傳輸方式，單片機(jī)在送 MAX110 轉(zhuǎn)換命令字的同時，也接收 MAX110 的返回的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在每次寫入 /讀出控制字時，需要檢測MAX110 的標(biāo)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(lǐng)域的最基本測量，通常頻率測量分為 兩種方法： 計數(shù)法。這是指在一定的時間間隔 T 內(nèi)， 對輸入的周期信號脈沖計數(shù)，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(nèi)頻率為沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計 22 f0 的標(biāo)準(zhǔn)信號的脈沖數(shù) 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(biāo)準(zhǔn)信號的脈沖數(shù) N 越大， 相對誤差越小。 由于 AT89C52 含有三個定時器 /計數(shù)器，用它們來測量頻率非常簡單方便，只需對輸出信號進(jìn)行調(diào)零后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，其后?jīng)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(zhǔn)確地測量頻率，當(dāng)信號頻率高于 5kHz 時用測頻率法，即關(guān)中斷 0INT ，把定時器 T0 設(shè)定一個時間 t0，開計數(shù)器T1，計數(shù)器溢出一次，則把內(nèi)存中事先設(shè)好的某個單元中數(shù)值加 1。若 t0 時間內(nèi)計數(shù)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(guān)計數(shù)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(guān)掉中斷，此時計數(shù)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(shù)。由于加 上了四分頻，該方法可測小于 2MHz 的信號?？梢员容^準(zhǔn)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(xiàn)鍵盤輸入和 LED顯示控制兩種功能。使用它可以簡化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)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(shù)據(jù)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(guān)抖動 并 具有幾個鍵同時按下的保護(hù)。 顯示部分按動態(tài)掃描方式工作，是可以驅(qū)動 8位或 16位的 LED顯示器。 I/O 控制線是 CPU對 8279 進(jìn)行控制的控制信號輸入線。 數(shù)據(jù)緩沖器（雙向）是 8279內(nèi)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(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。 圖 8279鍵盤顯示電路。采用 16個鍵盤輸入， 8位 LED顯示。采用 8279設(shè)計鍵盤顯示電路時， 8279芯片中設(shè)有先入先出 RAM，可儲存 8個鍵值。當(dāng)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(shù)據(jù)。 8279的顯示輸出部分設(shè)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(jìn)入，也可以從右進(jìn)入，還可以進(jìn)入指定顯示位置。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 3章 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計 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(jié) 根據(jù)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(yīng)的硬件特性有 了更加深入 的了解 。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 24 第 4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)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(biāo)子程序、調(diào)零子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、頻率測量程序、鍵盤中斷子程序、 A/D 轉(zhuǎn)換程序、 D/A 轉(zhuǎn)換程序、計算磁場大小的子程序、顯示子程序等。系統(tǒng)默認(rèn)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(biāo)子程序設(shè)計 在磁場測量過程當(dāng)中，如果出現(xiàn)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(biāo)，該儀器通過硬件和軟件設(shè)計，實現(xiàn)了隨時可以自動定標(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 D/A轉(zhuǎn)換程序使其成為模擬信號，單片機(jī)控制壓控電流源， 就能 使其輸出電流值滿足定標(biāo)要求，從而定標(biāo)完成。 圖 特斯拉計軟件流程圖 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 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，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)換量程重新測量，并保存上次測量的值。若轉(zhuǎn)換后測量為零，說明為脈沖場，以上次測量值為準(zhǔn)。 因此，對于脈沖場，若 知道其場強(qiáng)范圍， 手動選擇量程 比較好 。 數(shù)據(jù)采集程序部分包括對 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 測量磁場 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 26 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(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 開始一次轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中 CS 必需保持為高（此時 BUSY 信號保持為低），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 的同步時鐘 (SCLK)信號由 提供， 用來探測“ BUSY”標(biāo)志位，當(dāng) 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(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)對其進(jìn)行取反加 1（求補(bǔ)碼）操作后再送出。程序流程圖見圖 所示。 顯示子程序設(shè)計 8279命令 /狀態(tài)口地址為 7FFFH，數(shù)據(jù)口地址為 7FFEH。鍵盤采用查詢方式讀出。LED的段選碼放在 AT89C51 片內(nèi)存儲器 RAM30H～ 37H； 16個鍵的鍵值讀出后存放在40H～ 47H單元中。 AT89C51的晶振為 6MHz。 ﹝ 1﹞ . 清除功能。用來清除 8279顯示 RAM和 FIFO RAM格式。具體命令為 D1H。 ﹝ 2﹞ . 設(shè)置鍵盤 /顯示器工作方式。具體命令為 00H，其