靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀設(shè)計(jì)Design of Electrostatic Field Strength Measuring Instrument 王東吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院2016 年 6 月畢業(yè)設(shè)計(jì)論文靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀設(shè)計(jì) Design of Electrostatic Field Strength Measuring Instrument 學(xué) 生： 王東 指 導(dǎo) 教 師： 衣文索（教授）專 業(yè)： 電子信息工程學(xué) 號(hào)： 1209000206所 在 單 位： 電氣信息工程系答 辯 日 期： 2016 年 6 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書1本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本人承諾：所呈交

2、的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的學(xué)校的電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作規(guī)電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作規(guī)范范后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。2本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中

3、注明。要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注明。3在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）閱；

4、學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。，可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！ 作作 者者 簽簽 名：名： 年年 月月 日日目 錄摘要.ABSTRACT.II第 1 章 緒論.11.1 設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的背景及意義.11.2 靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.2.1 測(cè)量電電場(chǎng)常用的研究方法.11.2.2 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的國外研究現(xiàn)狀.21.2.3 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的國內(nèi)研究現(xiàn)狀.31.3 本課題研究的主要內(nèi)容.3第 2 章 整體方案設(shè)計(jì).42.1 總體實(shí)現(xiàn)原理概述.42.2 系統(tǒng)主

5、要元器件的介紹.42.2.1 霍爾傳感器.42.2.2 集成運(yùn)放.5 2.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器.62.2.4 液晶顯示器.72.3 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與解決途徑.7第 3 章 靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的具體設(shè)計(jì).83.1 霍爾元件.83.1.1 霍爾效應(yīng).83.1.2 霍爾元件模型的創(chuàng)建.93.1.3AD/DA 轉(zhuǎn)換電路.103.2 基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì).123.3 調(diào)理電路模塊的設(shè)計(jì).123.3.1 信號(hào)處理與采集電路.123.3.2 儀表放大單元.123.3.3 數(shù)字調(diào)零.143.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路.143.5 液晶顯示單元.153.6 單片機(jī)及存儲(chǔ)系統(tǒng).16第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).174.1 主程序軟

6、件設(shè)計(jì).174.2 A/D 軟件設(shè)計(jì).184.3 數(shù)據(jù)處理模塊.204.4 液晶顯示單元軟件設(shè)計(jì).20第 5 章 仿真結(jié)果及分析.24結(jié)論.26致謝.27參考文獻(xiàn).28附錄 1摘 要本設(shè)計(jì)是制作一種靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀，該設(shè)計(jì)有硬件和軟件兩部分共同實(shí)現(xiàn)。硬件部分由霍爾傳感器，調(diào)整電路，A/D 轉(zhuǎn)換器，微處理器 CPU，液晶顯示器五個(gè)部分組成。硬件設(shè)計(jì)過程中繪制出系統(tǒng)原理圖，完成整個(gè)硬件系統(tǒng)的搭建及系統(tǒng)的調(diào)試工作。軟件部分即通過對(duì)單片機(jī)編程，在 LCD 液晶上實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，顯示環(huán)境信息等相關(guān)參數(shù)。整合程序，使編程實(shí)現(xiàn)靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀基本功能。進(jìn)一步完善程序，增加整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)

7、既可測(cè)量直流電場(chǎng)，又可測(cè)量交變電場(chǎng)，體積小，性能高，適用頻率范圍寬，應(yīng)用前景廣泛，適用于寬頻的靜電場(chǎng)、微波、直流電場(chǎng)、計(jì)算機(jī)房、電廠和用電環(huán)境等永久電場(chǎng)，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：測(cè)量儀；硬件；軟件；電場(chǎng) ABSTRACTThis design is to make a kind of electrostatic field intensity measuring instrument, the design of the hardware and the software two parts together to achieve. Hardware part consists of Ha

8、ll sensor, adjusting circuit, a / D converter, CPU microprocessor, liquid crystal display five parts. Draw the system schematic diagram of the hardware design process, complete the entire hardware system is built, and the system debugging work. Part of the software through of microcontroller program

9、ming, LCD to achieve real time dynamic display of signal measurement, display environment information and other related parameters. Program integration makes programming to achieve the basic functions of a portable electromagnetic field detector. To further improve the program, increase the stabilit

10、y of the whole system Qualitative.The design can measure DC magnetic field, and measuring the alternating magnetic field, small volume, high performance, applicable frequency wide range and application prospect are widely for broadband electromagnetic field, microwave, DC electromagnetic field elect

11、romagnetic field, computer room, power plants and electricity environment permanent magnetic field, with great application value.Key words：Measuring instrument；hardware；software；magnetic field吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 0 頁 第 1 章 緒論1.1 設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的背景及意義靜電場(chǎng)普遍存在于人們的生產(chǎn)生活中，是一種可控的物理場(chǎng)，具有其獨(dú)特的性能。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的

12、快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)生活的要求越來越高，電視機(jī)，電冰箱，空調(diào)，電腦等各種高科技電器產(chǎn)品都已普及千家萬戶。然而，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，各種電子產(chǎn)品或電子設(shè)備在人們的使用過程中都會(huì)產(chǎn)生一種對(duì)人體具有潛在危害的物質(zhì)-電磁波，這些電磁波對(duì)人體產(chǎn)生輻射作用。常見的例如，為什么人坐在電腦前久了皮膚會(huì)變差？嚴(yán)重的特別是高頻電磁波和強(qiáng)度較大的電磁場(chǎng)作用于人體后，導(dǎo)致人的精力和體力集聚衰退, 容易得白內(nèi)障、心血管等疾病，甚至導(dǎo)致人類免疫機(jī)能的下降, 從而引起癌癥等病變。這些困擾人們生活的其中之一就是電磁場(chǎng)輻射?？梢姡o電場(chǎng)的測(cè)量極為重要，目前靜電場(chǎng)的測(cè)量已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電子、通訊和國防等科學(xué)研究，但是高精度、場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量

13、儀多用于科學(xué)研究，且價(jià)格昂貴，因此開發(fā)一種價(jià)格低廉，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值及重大意義。1.2 靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 測(cè)量電場(chǎng)常用的研究方法測(cè)量電磁場(chǎng)方法如下：1.電磁感應(yīng)法在電磁感應(yīng)定律中得到了電磁場(chǎng)強(qiáng)度。一些屏蔽措施與接地是這些測(cè)量和單線圈的重要環(huán)節(jié)。我們這樣做可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定與牢固。我們要算出電流的計(jì)算值，然后再將磁場(chǎng)的數(shù)值與原來的數(shù)值進(jìn)行比較,如果差別很小的話,就說明這個(gè)方案是可以的。這里有很多問題，但最主要的問題就是屏蔽的問題。我們要更多的去了解那些問題，才可以讓方案更好的實(shí)施。2.霍爾效應(yīng)法霍爾效應(yīng)法是可以測(cè)量傳感器數(shù)值的辦法。它是由電外部的電源來給提供吉

14、林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 1 頁 電壓的，從而獲得電流。這種方法有很多好處，它可以調(diào)節(jié)我們制作電路圖中電阻，從而得到我們想要的電流數(shù)值。它的作用就是可以顯示儀表的數(shù)值還可以記錄儀器中的輸入阻抗。霍爾元器件一般在儀器中的作用就是記錄磁通的狀態(tài)，開關(guān)的屬性就是隨著材料的不同而不動(dòng)，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)中需要的磁場(chǎng)達(dá)到飽和狀態(tài)，我們都會(huì)按照要求選擇元器件的開關(guān)。它采用霍爾傳感器的電位，相應(yīng)的范圍太小，阻力。通過不斷輸入勵(lì)磁電流作為傳感器的輸出。3.電阻效應(yīng)法電場(chǎng)的變化就是隨著電阻的變化而變化。這些效應(yīng)的變化就是在這個(gè)力的作用下變化而來的。在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)候也就是電場(chǎng)力

15、等于這個(gè)力，載流子在兩端集聚產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)，速度較慢的載流子偏向于電場(chǎng)力方向，大大減少，從而使電阻增加該方法的一個(gè)裝置將在一個(gè)外部磁場(chǎng)和一個(gè)串聯(lián)電阻，在電流源連接的電阻，通過調(diào)整約束裝置的尺寸大小的電流，用電壓表測(cè)量電壓和電阻可以抑制電壓，最后電力。4.電通門法這就是傳感器的最主要的材料。它的屬性很好，材料更加穩(wěn)定。我們需要有兩個(gè)線圈都是圍繞著它來運(yùn)轉(zhuǎn)的。在這兩個(gè)線圈的運(yùn)轉(zhuǎn)上我們可以確定信號(hào)的來源以及變化。我們可以通過 電場(chǎng)來判斷磁場(chǎng)以及諧波的變化。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，核磁共振光譜測(cè)量 方法具有較高的靈敏度，但測(cè)量誤差是比較大的。高分辨率的我的門方法測(cè)量約10 赫茲的頻率，但是，只適用于測(cè)量緩變

16、的恒定磁場(chǎng)對(duì)一般職業(yè)低，測(cè)量地磁勘探。是一種理想的方法來測(cè)量的霍爾器件，具有靈敏度高，體積小，一個(gè)范圍廣泛的頻率和溫度可以測(cè)量的 ,而且這種方法不僅能測(cè)量恒定電場(chǎng),還能測(cè)量交變電場(chǎng)，簡單、方便又可靠。1.2.2 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的國外研究現(xiàn)狀當(dāng)然，必須有相應(yīng)的靜電場(chǎng)的測(cè)量儀器檢測(cè)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的過程中需要很多測(cè)量儀來檢測(cè)。我們要通過了解這些測(cè)量儀的知識(shí)與用法才能知道它的頻率。1.寬帶輻射測(cè)量儀現(xiàn)在比較這種測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)都是由兩個(gè)探頭來組成的。這種測(cè)量的是通過測(cè)量流過電阻的大小來判斷數(shù)據(jù)的從而我們能測(cè)量出來數(shù)值。它的探頭是通過的它反應(yīng)的快慢。來實(shí)現(xiàn)天線的長度小于半波長。這個(gè)儀器是由二極管，正交天線組成的，它

17、這樣就能確保檢測(cè)到子彈的速度。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 2 頁 2.選頻式窄帶輻射測(cè)量儀這是一種在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷臏y(cè)量儀。它測(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度比較的小的東西。選它是通過測(cè)量頻率來確定場(chǎng)強(qiáng)的。它的測(cè)量范圍比較小，但是他的優(yōu)點(diǎn)就是他的精準(zhǔn)度要比一般的測(cè)量儀要精準(zhǔn)的多。在一些特定的情況下我們只能用這種測(cè)量儀，它的實(shí)用與便捷為我們生活提供了很多便利。1.2.3 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的國內(nèi)研究現(xiàn)狀1.液注式測(cè)量儀1998 年，蘇永宏等對(duì)高絕緣性烴類液體燃料的靜電霧化進(jìn)行了試驗(yàn)研究，所采用的試驗(yàn)裝置由靜電霧化器、高壓電源和測(cè)量裝置三部分組成，高壓電源采用電壓 060KV 的直

18、流高壓電源和高壓脈沖電源兩種，油霧顆粒尺寸測(cè)量用 Malvern ST2600 測(cè)量儀，利用Fraunhofer 衍射法，并由攝像器拍照成放大四倍的圖片。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用高壓脈沖電源時(shí)其霧化效果優(yōu)于直流高壓，但當(dāng)電壓達(dá)到某一最大值時(shí)，充電水平驟然下降，平均電荷密度大幅度下降，對(duì)此蘇永宏等運(yùn)用 Kelly 理論將其看成液柱表面電暈放電進(jìn)行了解釋。2.霧化式測(cè)量儀2002 年，江蘇理工大學(xué)以煤油為噴霧介質(zhì)，研制了非極性燃料的充電裝置和噴霧試驗(yàn)臺(tái)并對(duì)煤油的荷電特性和霧化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，首次采用 PIV 技術(shù)對(duì)荷電噴霧流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量和分析，通過電暈荷電實(shí)現(xiàn)了非極性絕緣液體的霧化，并發(fā)現(xiàn)：荷電能有

19、效的減少霧滴粒徑的大??；荷質(zhì)比增加，射流擴(kuò)散角增大。1.3 本課題研究的主要內(nèi)容本課題主要研究靜電場(chǎng)的檢測(cè)方法，結(jié)合智能測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)靜電場(chǎng)測(cè)量的數(shù)字化和自動(dòng)化。使其在測(cè)量過程中靈敏度高、體積小、適應(yīng)頻率和溫度范圍寬,而且既可測(cè)量恒定電場(chǎng),又可測(cè)量交變電場(chǎng)。現(xiàn)在我們生活中需要更加深入的了解太陽能，開發(fā)出更加方便的能源。社會(huì)污染的比較嚴(yán)重，我們就要進(jìn)一步的研究一些更加環(huán)保的能源，為我們這個(gè)美麗的家園盡自己全部力量。我想在以后的社會(huì)里我們開的汽車都會(huì)是用電的，不要再用汽油了。所以我會(huì)更加努力，爭(zhēng)取在我的有限的時(shí)間創(chuàng)造出無限的價(jià)值。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 3

20、 頁 第 2 章 整體方案設(shè)計(jì)本章將首先介紹一種靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該設(shè)計(jì)方案的重要元件加以介紹。然后對(duì)該設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)和解決方法進(jìn)行進(jìn)一步的說明。2.1 總體實(shí)現(xiàn)原理概述系統(tǒng)主要由霍爾傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、LCD組件的硬件系統(tǒng)，磁強(qiáng)，如圖2 - 1。霍爾元件輸出的霍爾電壓的區(qū)域科爾放大A/D轉(zhuǎn)換，通過單片機(jī)實(shí)時(shí)采集處理、計(jì)算機(jī)硬件、軟件的實(shí)現(xiàn)思想，并將采集數(shù)據(jù)通過程序個(gè)軟件的計(jì)算和存儲(chǔ)的液晶屏顯示相應(yīng)的位移和電感應(yīng)的霍爾電壓，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在R單片機(jī)的結(jié)果，以便產(chǎn)生的位移?？梢詫?shí)時(shí)顯示?；魻杺鞲衅麟妶?chǎng)信號(hào)處理放大恒流源A/D 轉(zhuǎn)換器單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)顯示量程切換圖

21、 2-1 總體設(shè)計(jì)方案 2.2 系統(tǒng)主要元器件的介紹2.2.1 霍爾傳感器設(shè)計(jì)系統(tǒng)就需要采集信號(hào)，在這里我用的是傳感器來采集的信號(hào)。本設(shè)計(jì)用到的霍爾傳感器型號(hào)為 AH350。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 4 頁 AH350 線性霍爾傳感器由電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，線性放大器和射極跟隨器組成。其輸入是電磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是和輸入量成正比的電壓。AH350 產(chǎn)品不僅線性好，靈敏度高，輸出電阻小，便于設(shè)計(jì)中的使用，而且它功耗比較低，溫度穩(wěn)定性較好，壽命長，深受使用者的喜愛。這些參數(shù)如表 2-1和表 2-2 所示；表 2-1 極限參數(shù)參數(shù)符號(hào)型號(hào)與量值單位電源電

22、壓Vcc6V電磁感應(yīng)強(qiáng)度B不限mT工作環(huán)境溫度TA-20+85高溫存儲(chǔ)溫度TS150表 2-2 霍爾傳感器的電特性參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位電源電壓Vcc-4.5-6V電源電流Icc-914mA靜態(tài)輸出電壓VoutB=02.25 2.52.52.75V靈敏度SB=90mT7.513.517.5mV/mT2.2.2 集成運(yùn)放設(shè)計(jì)系統(tǒng)在完成信號(hào)的采集之后，要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，因此，需要用到集成運(yùn)放。集成運(yùn)放是一種高增益多級(jí)直接耦合運(yùn)算放大器，其應(yīng)用一般分為反相放大器，同相放大器，差分放大器等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。本設(shè)計(jì)用到的集成運(yùn)算放大器型號(hào)為 OP07。差動(dòng)輸入級(jí)放大級(jí)輸出級(jí)偏

23、置電路圖圖 2-2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 5 頁 OP07 是低噪聲高精度運(yùn)算放大器，具有無限大的差模輸入電阻、趨于零的輸出電阻和無限大的差模電壓增益及共模抑制比，其共模抑制比為 126dB。具有較低的輸入失調(diào)電壓，較低的輸入噪聲電壓幅度和無限大的頻帶寬度。當(dāng) V0為有限值時(shí)，則輸入的差模電壓就必須趨于零。同時(shí)采用差分輸入阻抗是無限的，所以在輸入電流集成放大器。OP07 元件圖如圖 2-3 所示。OP07 運(yùn)算放大器作用十分廣泛，可應(yīng)用于電壓比較器，穩(wěn)定積分，絕對(duì)值電路及微小信號(hào)的精確放大。尤其適用于航天、軍工及要求微型化的、可靠性高的精

24、密儀器中。圖 2-3 OP07 元件圖2.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)輸出過程中需要通過 A/D 轉(zhuǎn)換才能有效輸出。原因在于霍爾傳感器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，使讀取數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。A/D 轉(zhuǎn)換器即為模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，也稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器型號(hào)為TLC1543，如右圖 2-3 所示。TI 公司設(shè)計(jì)的多通道、價(jià)格低。而且性能超級(jí)好，還有就是檢測(cè)方便簡單。該轉(zhuǎn)換器采用串行通信接口，可以任意三個(gè)內(nèi)部測(cè)試或測(cè)試，可廣泛應(yīng)用于各種大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。TLC1543 的分辨率為 10 位，電源電壓為 5V，接口形式為串行數(shù)據(jù)總線接口，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10us。它

25、有 11 路模擬信號(hào)輸入端，模擬信號(hào)輸入由內(nèi)部多路器選擇。AIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REF+14REF-13AIN01SDO16ADDR17CS15EOC19CLK18U5TLC1543圖 2-3 A/D 轉(zhuǎn)換器吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 6 頁 2.2.4 液晶顯示器設(shè)計(jì)系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)的液晶顯示系統(tǒng)。液晶顯示器的測(cè)量。因此系統(tǒng)中我用的是LCD1602這個(gè)型號(hào)的顯示器。LCD1602液晶顯示能力很強(qiáng)。最適合工作的電壓為5V。為顯示在一個(gè)嵌入式控制器80千兆字節(jié)的RAM

26、緩沖區(qū)?？刂破鞅仨氃陂喿x和寫作，閱讀和寫作的認(rèn)識(shí)。該顯示器顯示狀態(tài)。如表2-3所示表2-3 狀態(tài)字說明ST7D7ST6D6ST5D5ST4D4ST3D3ST2D2ST1D1ST0D0ST0-6當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值ST7操作1代表禁止 0代表允許初始化過程包括：延時(shí)15ms，寫指令38H，延時(shí)5ms，寫指令38H，再延時(shí)5ms，寫指令38H，以后每次寫指令、讀/寫操作之前均需要檢測(cè)忙信號(hào)。然后進(jìn)行顯示模式的設(shè)置，關(guān)閉，清屏直至結(jié)束。2.3 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與解決途徑通過對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的基本原理，不難發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)該測(cè)量儀的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)如下：1.信號(hào)的采集2.小信號(hào)的放大 3

27、.2.6V 基準(zhǔn)電壓的實(shí)現(xiàn) 針對(duì)以上三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中采用了以下的解決措施：1.對(duì)信號(hào)的采集，本設(shè)計(jì)采用高靈敏度霍爾傳感器。但是，元件庫中沒有霍爾傳感器，因此，本設(shè)計(jì)中在 Proteus 軟件中創(chuàng)建了一個(gè)模擬霍爾傳感器。2.根據(jù)本設(shè)計(jì)中采用的 TLC1543 型號(hào) A/D 轉(zhuǎn)換器，電壓范圍為 05V，而霍爾傳感器采集到的信號(hào)均為弱小信號(hào)，則需要將小信號(hào)進(jìn)行放大，使其滿足A/D 轉(zhuǎn)換器的電壓范圍。因此，本設(shè)計(jì)采用集成運(yùn)算放大器（差分運(yùn)算放大器和反向運(yùn)算放大器）進(jìn)行放大。3.由于霍爾傳感器的基準(zhǔn)電壓為 2.6V，而現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中，一般使用的電吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

28、文）共 28 頁，第 7 頁 源電壓均為 5V 或者 12V,一般電池電壓均為 1.5V，由此可見，想要直接得到2.6V 的電壓比較困難。因此，本設(shè)計(jì)中連接了一個(gè)外接電路，輸入電源電壓為5V，通過我的計(jì)算得出輸出端口的電壓為 2.6V。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 8 頁 第 3 章 靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀的具體設(shè)計(jì)本章通過對(duì)靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量儀所采用的各部分電路進(jìn)行分析，說明相關(guān)設(shè)計(jì)原理。本設(shè)計(jì)包括霍爾元件的設(shè)計(jì)、基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)、液晶顯示的設(shè)計(jì)及單片機(jī)存儲(chǔ)六個(gè)模塊。設(shè)計(jì)過程中，首先需要采集周圍電場(chǎng)的信號(hào)，因此本設(shè)計(jì)中采用霍爾傳感

29、器進(jìn)行信號(hào)采集。將采集到的信號(hào)通過調(diào)理電路模塊、AD 轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊進(jìn)行有效的輸出顯示，以完成設(shè)計(jì)。3.1 霍爾元件3.1.1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)的基本原理是通過電流的半導(dǎo)體在垂直于電流方向的電場(chǎng)作用下，在導(dǎo)體的垂直于電流和電場(chǎng)方向的兩個(gè)面會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差被稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)。方便起見，假設(shè)導(dǎo)體是一個(gè)長方體，如圖 3-1 所示。在 y 方向的電流 I，Z軸方向的磁通密度和電場(chǎng)在 X 方向。受兩端的洛倫茲力的影響。用公式表示為 Eh= (Rh*I*B0)/d。B0IdEhXYZ圖3-1 霍爾效應(yīng)原理圖霍爾元件就是確定霍爾電動(dòng)勢(shì)與外電場(chǎng)的比例關(guān)系。這樣可以通過改變電流 I 的大小。使它達(dá)

30、到預(yù)先設(shè)置的霍爾電動(dòng)勢(shì) Eh 與外電場(chǎng) B0 的比例關(guān)系。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 9 頁 3.1.2 霍爾元件模型的創(chuàng)建創(chuàng)建霍爾元件模型流程如下：1.繪制原理圖符號(hào)選擇在 Proteus ISIS 2D 工具霍爾元件的電路圖符號(hào)。如圖 3-2 及 3-3 所示：編輯和引腳圖。引腳對(duì)話框編輯。 圖 3-2 霍爾元件原理圖符號(hào) 圖 3-3 編輯引腳2.霍爾元件制作選中霍爾元件原理圖符號(hào)，點(diǎn)擊 Make Device 命令，跳出一個(gè)對(duì)話框如圖3-4 所示，按該圖所示設(shè)置相應(yīng)屬性。元件名稱為 SHEN，前綴為 U。按 NEXT鍵直到出現(xiàn)“Component

31、Properties & Definitions”對(duì)話框。新建 VHI 屬性，按圖 3-5 所示設(shè)置各相關(guān)項(xiàng)。再按 NEXT 鍵，直到出現(xiàn)“Indexing and Library Selection”對(duì)話框，選擇元件分類及存放庫，單擊“OK”即可完成。這樣新的元件模型原理圖符號(hào)就存在指定的庫中并出現(xiàn)在對(duì)象列表框中。 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 10 頁 圖 3-4 “Device Properties”設(shè)置 圖 3-5 VHI 屬性設(shè)置3.霍爾元件仿真模型內(nèi)電路設(shè)計(jì)上面的步驟創(chuàng)建的模型只是個(gè)模型外殼，還沒仿真功能，其仿真功能主要由內(nèi)電路完成。將

32、新建的模型放入 ISIS 編輯區(qū)，打開屬性編輯框，選中“Attach hierarchy model”一欄，如圖 3-6 所示，再按 OK 鍵。然后按鍵盤 Pgdn鍵，則自動(dòng)創(chuàng)建并進(jìn)入內(nèi)電路設(shè)計(jì)頁。接著進(jìn)行內(nèi)電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)好如圖 3-7所示的內(nèi)電路，并設(shè)置內(nèi)電路中所有 DAC 原型的屬性 VHI=。圖 3-6 新建元件綁定內(nèi)電路內(nèi)電路的設(shè)計(jì)原理描述：當(dāng)磁場(chǎng)為零的時(shí)候，霍爾傳感器的基準(zhǔn)輸出電壓為 2.6V，在考慮元件性能有極限的情況下，壓差范圍為 1.42.6V。本設(shè)計(jì)以典型值 1.8 為標(biāo)準(zhǔn)，則反向電場(chǎng)的電壓極限值為 0.8V,正常電場(chǎng)的電壓極限值為4.4V，即電壓范圍為 0.84.4V。但

33、是目前，我們無法達(dá)到這個(gè)要求，為方便設(shè)計(jì)，我們模擬了一個(gè)電場(chǎng)，取電壓范圍為 0.64.6V。由于不是固定值，則需要在創(chuàng)建模型中加一個(gè)控制端，通過控制端對(duì)電壓值進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。這樣就可以假設(shè)通過兩個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示，即a)3.6+sin(wt)b)1.6+sin(wt)圖 3-7 中接了兩個(gè)加法電路，分別接至 U3 的 X0、X1 口，即為輸入端。U3 的 A 端為霍爾元件的控制端 C 端，控制其為反相電場(chǎng)還是正向電場(chǎng)。例如C 端為高電平是其為反相電場(chǎng)，低電平時(shí)其為正向電場(chǎng)。U3 的 X 端為霍爾元件的 DOUT 端，即為輸出端。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第

34、 11 頁 3.1.3 AD/DA 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)中 AD 轉(zhuǎn)換電路采用的芯片是 ADC0809 其內(nèi)電路如圖 3-7 所示；圖 3-7 AD 轉(zhuǎn)換電路內(nèi)電路1.生成文件，設(shè)置屬性在內(nèi)電路頁點(diǎn)擊 Tools，選中 Model Compiler，創(chuàng)建模型文件，選擇路徑并取名存盤。然后返回主頁，選中新建元器件，再次啟動(dòng) Make Device 命令，進(jìn)入“Component Properties & Definitions”，如圖 3-8 所示。按照?qǐng)D進(jìn)行 Mod file屬性操作的設(shè)置。再按 NEXT 鍵直到出現(xiàn)“Indexing and Library Selection”菜單，如圖 3

35、-9 所示，設(shè)置分類和所在的庫。單擊 OK 則結(jié)束原理圖模型的創(chuàng)建。 圖 3-8 設(shè)置 Mod file 屬性 圖 3-9 定義元件所在庫吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 12 頁 R51k321U5TL431+599%RV1RV1(2)2.6V2.驗(yàn)證霍爾元件模型驗(yàn)證霍爾元件模型分 4 步。首先設(shè)計(jì)驗(yàn)證電路，選擇示波器來進(jìn)行驗(yàn)證。波器相對(duì)應(yīng)的連接。然后啟動(dòng)仿真，在虛擬示波器上看到由創(chuàng)建模型轉(zhuǎn)換的模擬正弦波，圖 3-10 所示，證明創(chuàng)建模型正確。圖 3-10 驗(yàn)證電路仿真測(cè)試3.2 基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)由于霍爾傳感器的基準(zhǔn)電壓為 2.6V，而現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中，一般電源

36、電壓均為 5V 或者 12V,一般電池電壓均為1.5V，由此可見，想要直接得到 2.6V 的電壓比較困難。因此，本設(shè)計(jì)中連接了一個(gè)外接電路，如圖 3-11：輸入電源電壓為 5V，通過計(jì)算及對(duì)滑動(dòng)變阻器的不斷調(diào)節(jié)，使其最后輸出電壓為 2.6V。此電路中還接了一個(gè)穩(wěn)壓二極管，起到限流的作用，保護(hù)整個(gè)電路的運(yùn)行。 圖 3-11 外接電路吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 13 頁 3.3 調(diào)理電路模塊的設(shè)計(jì)3.3.1 信號(hào)處理與采集電路我認(rèn)真的對(duì)不同的電場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，這個(gè)系統(tǒng)的組成是由集成放大電路還有數(shù)字調(diào)節(jié)為零的電路構(gòu)成的。這樣就可以完成信號(hào)處理了。3.3.2 儀表

37、放大單元設(shè)計(jì)儀表放大單元由四個(gè)模塊組成。第一模塊為差分放大單元，用于壓差的反相磁場(chǎng)；第四模塊為電壓比較器，用于控制模擬開關(guān)的輸出部分為正相還是反相。該單元基本原理描述為：當(dāng)采集到的信號(hào)電壓范圍為 2.64.6（V），即壓差為 02(V)時(shí)，輸出的電場(chǎng)為正向電場(chǎng)。當(dāng)電壓范圍為 0.62.6（V），即壓差為-20（V）時(shí)，輸出的電場(chǎng)為反向電場(chǎng)。因此，正向放大單元需要接一個(gè)同相放大電路，反向放大單元?jiǎng)t需接一個(gè)反向放大電路。然而正向與反向的選擇就要通過模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)顯示高電平時(shí)，輸出正向電場(chǎng)，反之，輸出則為反向電場(chǎng)。然而模擬開關(guān)控制端的實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用了電壓比較器，型號(hào)為 LM324。在選擇電

38、壓比較器的過程中，遇到了不少疑惑。首先我們嘗試的電壓比較器的型號(hào)為 LM339，但是通過反復(fù)調(diào)試，比較器的輸出端始終出現(xiàn)低電平，不管霍爾元件的控制端接低電平還是高電平。于是，換用型號(hào)為 LM324的電壓比較器，將負(fù)端接差分放大模塊輸出的壓差值，正端接地，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證電壓比較器的輸出端與模擬開關(guān)的控制端導(dǎo)通，以致完成整個(gè)電路的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)壓差輸出為 02(V)時(shí)，模擬開關(guān)選項(xiàng)的電壓輸入為 X0 通道；當(dāng)壓差輸出為-20V 時(shí)，電壓輸出選擇 X1 通道。如圖 3-12 所示。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 14 頁 圖 3-12 儀表放大單元具體操作如下：儀

39、表放大單元采用低成本、高精度的 OP07 集成放大器,因?yàn)樗恍枰獙?duì)外部電阻的設(shè)置即可進(jìn)行相應(yīng)倍數(shù)的放大，而且功耗低。在Proteus 的軟件庫中找到 OP07 型號(hào)的放大器，放置一個(gè)差分運(yùn)算放大器、一個(gè)同相放大器、一個(gè)反向運(yùn)算放大器、若干個(gè)電阻及模擬開關(guān) 4053，相對(duì)應(yīng)的連接。將模擬霍爾傳感器采集的信號(hào)從 3 端輸入，2 端接外接電路輸出的基準(zhǔn)電壓 2.6V，由 2 端和 3 端的電壓差作為差分運(yùn)算放大器的輸入電壓，再從 6 端輸出，分別接入同相放大電路及反相放大電路。放大電路的輸出端分別接至模擬開關(guān)的 X0、X1 通道，A 端控制其正反向，最終由 X 通道輸出，連接至 A/ D轉(zhuǎn)換電路的

40、輸入端。3.3.3 數(shù)字調(diào)零生產(chǎn)和環(huán)境因素，有足夠的潛力。我們的加法和減法電路。實(shí)際上是由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，初始化系統(tǒng)。在不同的領(lǐng)域上，和相應(yīng)的補(bǔ)償值在messuNG 在內(nèi)存后，或手動(dòng)選擇的量程范圍，在相應(yīng)的數(shù)值，D/A 輸出補(bǔ)償。由于高精度的電壓小于 0.1mV。所以電位不等。3.4 A/D 轉(zhuǎn)換電路由于調(diào)理電路輸出的是模擬信號(hào)，為了更加方便有效的讀取數(shù)據(jù)，則需要將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，因此本設(shè)計(jì)需要采用一個(gè)多路 A/D 采樣電路，能夠?qū)斎腚妷哼M(jìn)行采樣并通過 LCD 顯示采樣電壓值。A/D 輸入電壓范圍為 05V，吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 15 頁

41、 AIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REF+14REF-13AIN01SDO16ADDR17CS15EOC19CLK18U4TLC1543CLKCSADDRSDOEOC+5所以將調(diào)理電路的輸出電壓+5V 接入 A/D 轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓正端（REF+），負(fù)端接地，如圖 3-13 所示。 圖 3-13A/D 轉(zhuǎn)換電路為了實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)干擾的環(huán)境下高精度測(cè)量，本設(shè)計(jì)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 10位分辨率的 A/D TLC1543。易于和單片機(jī)接口等良好性能。為了在經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量速度，選擇該儀器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10us,能夠很好

42、地保持線性度，滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)量的基本要求。TLC1543 A/D 轉(zhuǎn)換器在運(yùn)行過程中的原理描述：TLC1543 未開始工作時(shí)，片選段/CS 為高電平，此時(shí) ADDR（4 位串行輸入口）和 CLK（時(shí)鐘控制）被禁止，與此同時(shí) DATA OUT（輸出端）處于高阻狀態(tài)。只有當(dāng)/CS 置低電平時(shí)，TLC1543 才開始工作，從 ADDR 口輸入 4 位通道地址，分別為 B3、B2、B1、B0。同時(shí) CLK 端接收到 4 個(gè)時(shí)鐘周期，再等待6 個(gè)時(shí)鐘周期，這 6 個(gè)周期即為對(duì)模擬輸入的采樣提供控制時(shí)序，當(dāng) CLK 的第10 個(gè)周期運(yùn)行之后，處于下降沿模式，前 10 個(gè)時(shí)鐘周期的過程中，EOC 一直處于高電平

43、狀態(tài)。此時(shí)開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程中，/CS 的下降沿使 DATA OUT 輸出端脫離高阻狀態(tài)，EOC 從邏輯高電平變?yōu)榈碗娖讲⑶冶３值碗娖街钡睫D(zhuǎn)換，做好數(shù)據(jù)的傳輸準(zhǔn)備工作。最后數(shù)據(jù)從 DATA OUT 端依次輸出：B9、B8、B7、B6、B5、B4、B3、B2、B1、B0。時(shí)序如圖 3-14 所示：圖 3-14 TLC1543 時(shí)序圖吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 16 頁 3.5 液晶顯示單元LCD 液晶顯示模塊如圖3-15，采用了具有162個(gè)字符的顯示容量,5V工作電壓LM032L液晶顯示器，如圖3-5所示。該模塊內(nèi)嵌入微控制器，控制器內(nèi)帶有80字節(jié)的RAM

44、緩沖區(qū)。對(duì)控制器進(jìn)行讀寫操作前，都必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)?；静僮鲿r(shí)序可描述為：當(dāng)RS=L,RW=H,E=H時(shí)，進(jìn)行讀狀態(tài)的操作，即輸出的D0D7為狀態(tài)字；當(dāng)RS=H,RW=H,E=H時(shí)，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)的操作，即輸出的D0D7為數(shù)據(jù)。由此可以看出，讀狀態(tài)還是讀數(shù)據(jù)在使能端和讀寫端為高電平的時(shí)候由RS（數(shù)據(jù)/命令選擇端）決定。當(dāng)RW（讀/寫選擇端）為低電平，E 為高脈沖時(shí)，則RS端決定D0D7為寫指令碼還是寫數(shù)據(jù)，若RS為低電平，則為寫指令，反之則為寫數(shù)據(jù)。AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0RSRWEGNDVDDD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS

45、1VDD2VEE3LCD2LM032L圖3-15 液晶顯示單元對(duì)指令進(jìn)行初始化設(shè)置時(shí)，指令碼為00111000，8位數(shù)據(jù)接口?？刂破鲀?nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)地址指針，可以通過他們來訪問內(nèi)部80字節(jié)RAM，數(shù)據(jù)指針設(shè)置的指令碼為80H+地址碼。 3.6 單片機(jī)及存儲(chǔ)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)由三部分組成：AT89C51，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。電路連接如圖3-16：吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 17 頁 AD1AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD0RSRWEXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.

46、2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X112MHzC033pFC133pFC220uFR01k+5V+5VSDO

47、ADDRCSCLKEOCALE圖3-16 單片機(jī)系統(tǒng)AT89C51單片機(jī)芯片包括一個(gè)8位的微處理器；一種帶4K字節(jié)的存儲(chǔ)器；4個(gè)8位并行I/O端口P0-P3，每個(gè)端口既可作為輸入，也可以作為輸出；本設(shè)計(jì)中的P0端口接液晶顯示器的D0-D7端口。P2端口接A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)端口。芯片還包括兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)等。ALE表示地址所存允許信號(hào)端，RST接復(fù)位電路，XTAL1、2接時(shí)鐘電路。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位方式，按鍵手動(dòng)復(fù)位通過電阻和電源接通而實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。復(fù)位后P0到P3口表

48、現(xiàn)為高電平，程序寄存器和特殊功能寄存器全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片開始運(yùn)行程序。功能組件的芯片運(yùn)行時(shí)鐘信號(hào)作為基準(zhǔn)，有條不紊的工作。因此，直接影響速度的時(shí)鐘芯片，芯片面積的質(zhì)量系統(tǒng)h的穩(wěn)定性直接影響。本設(shè)計(jì)采用電容C1，C2 振蕩器的振蕩頻率為12MHz。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 18 頁 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序軟件設(shè)計(jì)測(cè)量儀主程序。我們要處理好子程序與中斷子程序中的關(guān)系。我們要節(jié)約一些時(shí)間，這樣可以使中斷子程序消耗的時(shí)間更少。我們還可以選擇一些漸變的方法比如說設(shè)置相應(yīng)的位置位。主程序包括很多子程序。有處理子程序。常規(guī)子

49、程序等。主程序的流程就是要負(fù)責(zé)消息出理。還有就是新建的任務(wù)處理。首先需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，在51單片機(jī)中按下復(fù)位鍵復(fù)位。單片機(jī)中還接兩個(gè)按鈕P1.3口和P1.4口，操作按鈕和按鈕在LCD屏幕的不同數(shù)值，停止按鍵，顯示固定值。然后，鍵盤，按下啟動(dòng)按鈕，則執(zhí)行。R鍵盤消息的例程。采用霍爾傳感器的信號(hào)輸出調(diào)整電路、AD轉(zhuǎn)換器，模擬到數(shù)字信號(hào)的采集的10的輸出表明，在Lcd的屏幕。如果輸出有效，則將數(shù)字值繼續(xù)轉(zhuǎn)換成高斯值顯示在液晶屏上，如果出錯(cuò)無效，則在液晶屏上顯示錯(cuò)誤信息。最后將有效值存入單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)。圖3-16 主程序流程圖吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第

50、 19 頁 4.2 A/D 軟件設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)的主程序主要完成信號(hào)采集，數(shù)據(jù)處理和數(shù)值顯示等整體功能。而本設(shè)計(jì)中最重要的子程序設(shè)計(jì)部分是A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示系統(tǒng)，其工作任務(wù)是將不斷接收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后顯示在液晶屏上。開機(jī)后首先進(jìn)行初始化程序設(shè)置等系統(tǒng)流程后，通過TLC1543實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示并讀取霍爾傳感器采集的數(shù)據(jù)，將讀取的采樣值輸入8通道。當(dāng)/CS置低電平時(shí)，TLC1543開始工作，從ADDR口輸入4位通道地址，同時(shí)CLK端接收到4個(gè)時(shí)鐘周期，再等待6個(gè)時(shí)鐘周期，這6個(gè)周期即為對(duì)模擬輸入的采樣提供控制時(shí)序，當(dāng)CLK的第10個(gè)周期運(yùn)行之后，處于下降沿模式，前10個(gè)時(shí)鐘周期的過程中，EOC

51、一直處于高電平狀態(tài)。此時(shí)開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程中，/CS的下降沿使輸出端脫離高阻狀態(tài)，EOC從邏輯高電平變?yōu)榈碗娖讲⑶冶３值碗娖街钡睫D(zhuǎn)換，做好數(shù)據(jù)的傳輸準(zhǔn)備工作。最后數(shù)據(jù)從輸出端依次有效輸出。由于采集到的是十位模擬信號(hào)， 所以要根據(jù)霍爾傳感器的線性關(guān)系將它轉(zhuǎn)換成高斯值，最后將數(shù)據(jù)有效的輸出。如圖4-2所示。/CS 是否高電平返回是禁止工作開始工作TLC1543 讀取采樣A/D 等待轉(zhuǎn)換得到 A/D 值得到高斯值圖圖 4-2 A/D 流程圖否吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 20 頁 A/D 模塊具體編程如下：#include uint read1543(uchar

52、 port) /從 TLC1543 讀取采樣值,型參 port 是采樣的通道號(hào)uint ad;uint i;uchar al=0,ah=0;CLOCK=0;_CS=0;port=4;for (i=0;i4;i+) /把通道號(hào)打入 1543D_IN=(bit)(port&0 x80);CLOCK=1;CLOCK=0;port=1;for (i=0;i6;i+) /填充 6 個(gè) CLOCKCLOCK=1;CLOCK=0;_CS=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

53、_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_CS=0; /等待 AD 轉(zhuǎn)換_nop_();_nop_();_nop_();for (i=0;i2;i+) /取 D9,D8D_OUT=1;CLOCK=1;ah=1;if (D_OUT) ah +=0 x01;CLOCK=0; for (i=0;i8;i+) /取 D7-D0D_OUT=1;吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 21 頁 CLOCK=1;al = 1;if (D_OUT)

54、 al +=0 x01;CLOCK=0; _CS=1;ad = (uint)ah;ad = 8;ad +=(uint)al; /得到 AD 值return(ad);4.3 數(shù)據(jù)處理模塊通過轉(zhuǎn)換后，讀取的信號(hào)是檢測(cè)電場(chǎng)的大小。將數(shù)值轉(zhuǎn)化為高斯值。但是，目前我們無法做到精確的換算，只能利用霍爾傳感器較好的線性性進(jìn)行估算，B=kV。比例系數(shù)為k。當(dāng)輸出電壓。為0.64.6（V）時(shí)。高斯值為0900（G）。根據(jù)線性性將估算值通過液晶顯示單元顯示。4.4 液晶顯示單元軟件設(shè)計(jì)該模塊內(nèi)對(duì)控制器進(jìn)行處理?；静僮鲿r(shí)序描述為：當(dāng)RS=L,RW=H,E=H時(shí)，進(jìn)行讀狀態(tài)的操作，即輸出的D0D7為狀態(tài)字；當(dāng)RS=

55、H,RW=H,E=H時(shí)，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)的操作，即輸出的D0D7為數(shù)據(jù)。由此可以看出，讀狀態(tài)還是讀數(shù)據(jù)在使能端和讀寫端為高電平的時(shí)候由RS（數(shù)據(jù)/命令選擇端）決定。當(dāng)RW（讀/寫選擇端）為低電平，E 為高脈沖時(shí)，則RS端決定D0D7為寫指令碼還是寫數(shù)據(jù)，若RS為低電平，則為寫指令，反之則為寫數(shù)據(jù)。LCD1602對(duì)指令進(jìn)行初始化設(shè)置時(shí)，指令碼為00111000，8位數(shù)據(jù)接口?？刂破鲀?nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)地址指針，可以通過他們來訪問內(nèi)部80字節(jié)RAM，數(shù)據(jù)指針設(shè)置的指令碼為80H+地址碼。指令初始化過程包括：延時(shí)15ms，寫指令38H，延時(shí)5ms，寫指令38H，再延時(shí)5ms，寫指令38H，以后每次寫指令、讀/寫操

56、作之前均需要檢測(cè)忙信號(hào)。然后進(jìn)行顯示模式的設(shè)置，關(guān)閉，清屏直至結(jié)束。液晶顯示單元具體編程見附錄 1；#ifndef LCD_CHAR_1602_2011_5_5#define LCD_CHAR_1602_2011_5_5#include 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 28 頁，第 22 頁 #include /內(nèi)部等待函數(shù)unsigned char LCD_Wait(void) /讀狀態(tài)，LCD判忙LcdRs=0;LcdRw=1;_nop_();LcdEn=1;_nop_();/while(DBPort&0 x80);/在用Proteus仿真時(shí)，注意用屏蔽此語句

57、，在調(diào)用GotoXY()時(shí)，會(huì)進(jìn)入死循環(huán)，/可能在寫該控制字時(shí)，該模塊沒有返回寫入完備命令，即DBPort&0 x80=0 x80 /實(shí)際硬件時(shí)打開此語句LcdEn=0;return DBPort;/向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)#define LCD_COMMAND0 / Command#define LCD_DATA1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN 0 x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0 x02 / 光標(biāo)返回原點(diǎn)void LCD_Write(bit style, unsigned char input)LcdEn=0;LcdRs=sty

58、le;LcdRw=0;_nop_();DBPort=input;_nop_();/注意順序LcdEn=1;_nop_();/注意順序LcdEn=0;_nop_();LCD_Wait();/設(shè)置顯示模式#define LCD_SHOW0 x04 /顯示開#define LCD_HIDE0 x00 /顯示關(guān) #define LCD_CURSOR0 x02 /顯示光標(biāo)#define LCD_NO_CURSOR0 x00 /無光標(biāo) #define LCD_FLASH0 x01 /光標(biāo)閃動(dòng)#define LCD_NO_FLASH0 x00 /光標(biāo)不閃動(dòng)吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共

59、 28 頁，第 23 頁 void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0 x08|DisplayMode);/設(shè)置輸入模式#define LCD_AC_UP0 x02#define LCD_AC_DOWN0 x00 / default#define LCD_MOVE0 x01 / 畫面可平移#define LCD_NO_MOVE0 x00 /defaultvoid LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0 x04|Inp

60、utMode);/移動(dòng)光標(biāo)或屏幕/*#define LCD_CURSOR0 x02 #define LCD_SCREEN0 x08#define LCD_LEFT0 x00#define LCD_RIGHT0 x04void LCD_Move(unsigned char object, unsigned char direction)if(object=LCD_CURSOR)LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x10|direction);if(object=LCD_SCREEN)LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x18|direction);*/初始化LCDvoid LCD_Initial()LcdE