畢業(yè)論文---基于51單片機(jī)的智能型金屬探測器

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)控制的智能型金屬探測器重點(diǎn)研究了它的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)、工作原理及主要功能。該金屬探測器以AT89S52單片機(jī)為核心，采用線性霍爾元件UGN3503作為傳感器，來感應(yīng)金屬渦流效應(yīng)引起的通電線圈磁場的變化，并將磁場變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，單片機(jī)測得電壓值，并與設(shè)定的電壓基準(zhǔn)值相比較后，決定是否

2、探測到金屬。系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫。在軟件設(shè)計(jì)中，采用了數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾，提高了探測器的抗干擾能力，確保了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī) 金屬探測器 線性霍爾元件 電磁感應(yīng) .</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper describes the compositi

3、on of hardware and software,working principles and the functions of an intelligent metal detector which mainly consists of AT89S52 Single Chip Micyoco and linear Hall-Effect Sensor. The equipment adopts UGN3503U linear h

4、all-effect sensor as probe to detect the field change of the centre of a search coil resulted from eddy current effect and turn this magnetic field change into voltage change. The SCM measures the peak value of voltage a

5、nd compares it with refere</p><p>　　KEYWORDS: SCM (Single Chip Micyoco) metal detector .</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>&

6、lt;b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2探測器的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用1</p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)3</p><p>　　2.1.1線圈介質(zhì)條件的變化3</

7、p><p>　　2.1.2渦流效應(yīng)4</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)組成4</b></p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1系統(tǒng)組成框圖6</p><p>　　3.2電路具體介紹6</p><p>　　3.2.1.線圈振蕩電路8

8、</p><p>　　3.2.2系統(tǒng)控制單元.13</p><p>　　3.2.3顯示告警電路21</p><p>　　3.2.4.電源電路21</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1軟件算法22</p><p>　　4.2軟件流程22</p&

9、gt;<p>　　4.2.1主程序流程圖22</p><p>　　4.2.2數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　第五章 .結(jié)論.25</p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p&g

10、t;<b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　金屬探測器作為一種最重要的安全檢查設(shè)備，己被廣泛地應(yīng)用于社會生活和工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。比如在機(jī)場、大型運(yùn)動會(如奧運(yùn)會)、展覽會等都用金屬探測器來對過往人員進(jìn)行安全檢測，以排查行李、包裹及人體夾帶的刀具、槍支、彈藥等傷害性違禁金屬物品;工業(yè)部

11、門(包括手表、眼鏡、金銀首飾、電子等生產(chǎn)含有金屬產(chǎn)品的工廠)也使用金屬探測器對出入人員進(jìn)行檢測，以防止貴重金屬材料的丟失;目前，就連考試也開始啟用金屬探測器來防止考生利用手機(jī)等工具進(jìn)行作弊。</p><p>　　由此可見，金屬探測器對工業(yè)生產(chǎn)及人身安全起著重要的作用。而為了能夠準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿的位置，就需要金屬探測器具有較高的靈敏度。目前。國外雖然已有較為完善的系列產(chǎn)品，但價(jià)格及其昂貴；國內(nèi)傳統(tǒng)的金屬探測器則

12、是利用模擬電路進(jìn)行檢測和控制的，其電路復(fù)雜，探測靈敏度低，且整個系統(tǒng)易受外界干擾。</p><p>　　1.2探測器的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用</p><p>　　金屬探測器因其功能和市場應(yīng)用領(lǐng)域的不同，分為以下幾種：通道式金屬探測器（又稱：金屬探測門；簡稱：安檢門）、手持式金屬探測器、便攜式金屬探測器、臺式金屬探測器、工業(yè)用金屬探測器和水下金屬探測器。</p><p>　　

13、全球第一臺金屬探測器誕生于1960年，步入工業(yè)時(shí)代最初的金屬探測器也主要應(yīng)用于工礦業(yè)，是檢查礦產(chǎn)純度、提高效益的得力幫手。隨著社會的發(fā)展，犯罪案件的上升，1970年金屬探測器被引入一個新的應(yīng)用領(lǐng)域———安全檢查，也就是今天我們所使用的金屬探測門雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對安全的認(rèn)知已步入一個新紀(jì)元。</p><p>　　一個產(chǎn)品的出現(xiàn)帶動了一個行業(yè)的發(fā)展，于是安檢這個既陌生又熟悉的行業(yè)開始進(jìn)入市場。40多年過去了，

14、金屬探測器經(jīng)歷了幾代探測技術(shù)的變革，從最初的信號模擬技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)直到今天所使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，金屬探測器簡單的磁場切割原理被引入多種科學(xué)技成果。無論是靈敏度、分辨率、探測精確度還是工作性能上都有了質(zhì)的飛躍。應(yīng)用領(lǐng)域也隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高延伸到了多個行業(yè)。</p><p>　　70年代隨著航空業(yè)迅速發(fā)展，劫機(jī)和危險(xiǎn)事件的發(fā)生使航空及機(jī)場安全逐漸受到重視，于是在機(jī)場眾多設(shè)備中金屬探測門扮演著排查違禁物品的重要角色。

15、同樣在70年代，由于金屬探測門在機(jī)場安檢中的嶄露頭角，大型運(yùn)動會（如奧運(yùn)會）展覽會及政府重要部門的安全保衛(wèi)工作中開始啟用金屬探測門作為必不可少的安檢儀器。</p><p>　　發(fā)展到80年代，監(jiān)獄暴力案件呈直線上升趨勢，如何及早有效預(yù)防并阻止暴力案件發(fā)生成了監(jiān)獄管理工作中的重中之重，在依靠警員對囚犯加強(qiáng)管理的同時(shí)，金屬探測門再次成為了美國、英國、比利時(shí)等發(fā)達(dá)國家監(jiān)獄管理機(jī)構(gòu)必備的安檢設(shè)備，形成平均每300個囚犯便

16、使用一臺金屬探測門用于安檢；與此同時(shí)西方興起的“尋寶熱”，也使手持式、便攜式金屬探測器得到長足的發(fā)展。</p><p>　　進(jìn)入90年代，迅速升溫的電子制造業(yè)成了這個時(shí)代的寵兒，大型的電子公司為了減少產(chǎn)品流失、結(jié)束員工與公司之間的尷尬局面，陸續(xù)采用金屬探測門和手持式金屬探測器作為管理員工行為、減少產(chǎn)品流失的利刃。于是金屬探測器又有了它新的角色———產(chǎn)品防盜。</p><p>　　9.11事

17、件以后,反恐成為國際社會一個重要議題。爆炸案、恐怖活動的猖獗使恐怖分子成了各國安全部門誓要打擊的對象。此時(shí)國際社會對“安全防范”的認(rèn)知也被提到一個新的高度。受9.11事件影響，各行各業(yè)都加強(qiáng)了保安工作的部署，正是受此影響金屬探測器的應(yīng)用領(lǐng)域也成功地滲透到其他行業(yè)。如：娛樂場所。公共娛樂場所的治安問題歷來是社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是治安管理工作的難點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年娛樂場所惡性打架斗毆事件和刑事案件發(fā)案率占60%以上，其作案兇器均是消費(fèi)者隨身

18、帶入娛樂場所。然而，此時(shí)簡單的通道式金屬探測門已不能完全滿足安檢的要求，安保人員需要的是一種能準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿位置的安檢產(chǎn)品。于是多區(qū)位金屬探測技術(shù)孕育而生，它的誕生是金屬探測器發(fā)展歷史上的又一次變革，原來單一的磁場分布變成了現(xiàn)在相互疊和而又相對獨(dú)立的多個磁場，再根據(jù)人體工程學(xué)原理把門體分為多個區(qū)段使之與人體相對應(yīng)，相應(yīng)的區(qū)段在金屬探測門上形成相對的區(qū)域，這樣金屬探測門便擁有了報(bào)警定位功能。</p><p>

19、　　1.3本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文介紹的基于單片機(jī)的智能型金屬探測器，采用靈敏度極高的線性霍爾元件作為傳感器，感應(yīng)由于金屬出現(xiàn)引起的探測線圈周圍磁場的變化，提高了檢測精度:處理部件則采用AT89S52單片機(jī)作為檢測和控制核心，對檢測結(jié)果進(jìn)行分析判斷，有效地保證了檢側(cè)原理的實(shí)施；此外，利用軟件濾波的方法代替了傳統(tǒng)探測器復(fù)雜的模擬電路器件，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、靈敏度和抗干擾性。適用于對郵件、行

20、李、包裹及人體夾帶的傷害性金屬物品（如：刀具、槍械、武器部件、彈藥和金屬包裝的炸藥等）的檢測，可用于海關(guān)、機(jī)場、車站、碼頭的安全檢查。也可用于探測隱藏于墻內(nèi)、護(hù)墻板內(nèi)側(cè)、空洞和土壤的上述物品和金屬物。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論依據(jù) </p><p>　　金屬探測器是采用線圈的電磁感應(yīng)原理來探測金屬的.

21、根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)有金屬靠近通電線圈平面附近時(shí)，將發(fā)生如下現(xiàn)象和效應(yīng):</p><p>　　圖2.1 線圈介質(zhì)條件的變化</p><p>　　2.1.1線圈介質(zhì)條件的變化</p><p>　　當(dāng)金屬物接近通電線圈時(shí)，將使通電線圈周圍的磁場發(fā)生變化如圖2.1，對于半徑為R的單匝圓形電感線圈。當(dāng)其中通過交變電流 時(shí)，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律可計(jì)算

22、出線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為：</p><p>　　= （2-1） . </p><p>　　其中，磁導(dǎo)率，為相對磁導(dǎo)率，為真空磁導(dǎo)率。對于緊密纏繞N匝的線圈，線圈中心軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度則為： （2-2）</p

23、><p>　　由公式（2-2）可知，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時(shí)，（非金屬的相對磁導(dǎo)率），線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時(shí)，會變大，B隨也會變大。</p><p><b>　　2.1.2渦流效應(yīng)</b></p><p>　　根據(jù)電磁理論，我們知道，當(dāng)金屬物體被置于變化的磁場中時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)

24、電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。渦流要產(chǎn)生附加的磁場，與外磁場方向相反，削弱外磁場的變化。據(jù)此，將一交流正弦信號接入繞在骨架上的空心線圈上，流過線圈的電流會在周圍產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)將金屬靠近線圈時(shí)，金屬產(chǎn)生的禍流磁場的去磁作用會削弱線圈磁場的變化。金屬的電導(dǎo)率越大，交變電流的頻率越大，則禍電流強(qiáng)度越大，對原磁場的抑制作用越強(qiáng)。</p><p>　　通過以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時(shí)，無論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變

25、化，還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。對于非鐵磁性的金屬[包括抗磁體(如:金、銀、銅、鉛、鋅等)和順磁體(如錳、鉻、欽等) ，較大，可以認(rèn)為是導(dǎo)電不導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，磁效應(yīng)可忽略不計(jì)；對于鐵磁性金屬（如：鐵、鈷、鎳）很大，也較大，可認(rèn)為是既可導(dǎo)電又導(dǎo)磁的物質(zhì)，主要產(chǎn)生磁效應(yīng)，同時(shí)又有渦流效應(yīng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)正是基于這樣的理論，來尋找一種適合的傳感器來感應(yīng)線圈的磁場變化，并把磁

26、場信號的變化轉(zhuǎn)變成電信號的變化，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制。正是本著這樣一個設(shè)計(jì)思路來構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)組成</b></p><p>　　整個探測系統(tǒng)以8位單片機(jī)AT89S52作為控制核心,其硬件電路分為兩個部分,一部分為線圈振蕩電路,包括:多諧振蕩電路、放大電路和探測線圈;另一部分為控制電路。</p><p&g

27、t;<b>　　.</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)塊圖</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)工作原理</b></p><p>　　在工作過程中，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個頻率為24KHz的脈沖信號經(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

28、，此時(shí)，固定在線圈中心的霍爾元件UGN3503U就會感應(yīng)到線圈周圍的磁場，并將磁場強(qiáng)度信號線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號。</p><p>　　在無金屬的情況下，假設(shè)霍爾輸出電壓為，該電壓信號很微弱，屬mV即信號，經(jīng)過放大電路放大，再通過峰值檢波電路，得到響應(yīng)的0V~5V的峰值輸出電壓，以滿足ADC0809的量程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將的數(shù)字量輸入到單片機(jī)儲存起來。此后，以該電壓信號作為基準(zhǔn)電壓，與A/D轉(zhuǎn)換器采集到的電壓信號

29、進(jìn)行比較判斷。</p><p>　　當(dāng)探測線圈靠近金屬物體時(shí)，由于電磁感應(yīng)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(yīng)到該變化的磁場，并將其線性地轉(zhuǎn)變成電壓信號，該變化的電壓經(jīng)過放大電路、峰值檢波電路后，得到響應(yīng)的0V~5V的峰值輸出電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到CPU，由CPU 完成與基準(zhǔn)電壓的比較，二者比較|-|得到一個差值，此差值與預(yù)設(shè)的靈敏度再做比較。當(dāng)然，大小的設(shè)定決定著系統(tǒng)

30、精度的高低。若|-|>，就確定為探測金屬，CPU輸出口P1.0輸出信號驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警，同時(shí)P1.6控制蜂鳴器發(fā)出聲響，進(jìn)行聲音報(bào)警。</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)組成框圖</b></p><p>　　硬件控制電路包括兩個部分，一部分線圈振蕩電路,包括:多諧振蕩電路、放大電路和探測

31、線圈;另一部分控制電路包括:U,GN3503型線性霍爾元件、可編程放大電路、峰值檢波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機(jī)、LED顯示電路、聲音報(bào)警電路及電源電路等。 </p><p>　　3.1 系統(tǒng)組成框圖</p><p><b>　　3.2電路具體介紹</b></p><p>　　圖3.2 電路原理圖</p>&l

32、t;p>　　3.2.1.線圈振蕩電路</p><p>　　圖3.2.1 線圈振蕩電路原理圖</p><p>　　工作過程中，由555定時(shí)器構(gòu)成一個多諧振蕩器，產(chǎn)生一個頻率為24KHZ、占空比為2/3的脈沖信號。振蕩器的頻率計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　圖示參數(shù)對

33、應(yīng)的頻率為24KHZ，選擇24KHZ的超長波頻率是為了減弱土壤對電磁波的影響。從多諧振蕩器輸出的正脈沖信號經(jīng)過電容輸入到的基極（為125的9013H),使其導(dǎo)通，經(jīng)放大之后，就形成了頻率穩(wěn)定度高、功率較大的脈沖信號輸入到人、探測線圈中，在線圈內(nèi)產(chǎn)生瞬間較強(qiáng)的電流，從而使線圈周圍產(chǎn)生恒定的交變磁場。由于在脈沖信號作用下，處于開關(guān)工作狀態(tài)，而導(dǎo)通時(shí)間又非常短，所以非常省電，可以利用9V電池供電。</p><p>　　

34、圖3.2.2 數(shù)據(jù)采集電路原理圖</p><p>　　（1）線性霍爾傳感器（linear Hall-Effect Sensors）</p><p>　　在電路設(shè)計(jì)中，選用了美國公司生產(chǎn)的UGN3503U線性霍爾傳感器，來檢測通電線圈周圍的磁場變化。UGN3503U線性霍爾傳感器的主要功能是可將感應(yīng)到的磁場強(qiáng)度信號線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴Ｋ墓δ芴匦允居趫D3.2.3和3.2.4。</p

35、><p><b>　　.</b></p><p>　　圖3.2.3 UGN3503的功能框圖</p><p>　　圖3.2.4 UGN3503U的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線</p><p>　　霍爾元件是依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的器件。如圖3.2.5所示，在一塊半導(dǎo)體薄片上兩端通以電流I，并加以和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側(cè)會出

36、現(xiàn)一個電壓，如圖3.2.5中的，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生的洛倫茲力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。霍爾電場產(chǎn)生的電場力和洛倫茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，知道霍爾電場力和洛倫茲力相等，這時(shí)，片子兩端建立起一個穩(wěn)定的電壓，就是霍爾電壓，霍爾電壓可用下式表示：</p><p>　　= （V）

37、 （3-2）</p><p>　　式中—霍爾常數(shù)（）；I—電流（A）；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；d—霍爾元件的厚度(m)</p><p><b>　　令 ，則得到</b></p><p>　　. （V） (3-3)</p><p&g

38、t;　　圖3.2.5 霍爾效應(yīng)原理圖</p><p>　　由上式可知，霍爾電壓的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質(zhì)與幾何尺寸有關(guān)。因此當(dāng)外加電壓電源一定時(shí)，通過的電流I為一恒定值，此時(shí)輸出的電壓只與加在霍爾元件上的磁場B的大小成正比，即：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>

39、　　此時(shí)K=為常數(shù)。因此，任何引起磁場強(qiáng)度變化的物理量都將引起霍爾輸出電壓的變化。據(jù)此，將霍爾元件做成各種形式的探頭，固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測工作磁場，再根據(jù)霍爾輸出電壓的變化提取別檢信息，這就是線性霍爾元件的基本物理依據(jù)和作用。</p><p><b>　　放大和峰值檢波電路</b></p><p>　　由于UGN3503U線性霍爾元件采集到的電壓信號是

40、一個毫伏級的信號，信號十分微弱，所以，在對其進(jìn)行處理前，首先要進(jìn)行放大。在設(shè)計(jì)中，信號放大電路采用輸入阻抗高、漂移較小、共模抑制比高的集成運(yùn)算放大器LM324。LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共同，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。</p><p>　　如圖所示，UGN3503線性霍爾元件輸出的微弱信號經(jīng)電容耦合到前級運(yùn)算放大器U2A的相同輸入端，運(yùn)算放大

41、器U2A把霍爾元件感應(yīng)到的電壓轉(zhuǎn)換為對地電壓。在電路設(shè)計(jì)中，運(yùn)放 LM324采用+5V 單電源供電，對于不同強(qiáng)度的信號均可通過調(diào)節(jié)前級放大電路的反饋電位器W1來改變其放大倍數(shù)。經(jīng)前級運(yùn)算放大器放大的信號經(jīng)耦合電容輸入到后級峰值檢波電路中。采用阻容耦合的方法可以使前后級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)保持獨(dú)立，隔離各級靜態(tài)之間的相互影響，使得電路總溫漂不會太大。</p><p>　　峰值檢波電路由兩級運(yùn)算放大器組成，第一級運(yùn)放U2

42、B將輸入信號的峰值傳遞到電容上，并保持下來。第二級運(yùn)放U2C組成緩沖放大器，將輸出與電容隔離開來。在設(shè)計(jì)中，為了獲得優(yōu)良的保持性能和傳輸性能，同樣采用了輸入阻抗高、響應(yīng)速度較快、跟隨精度較好的運(yùn)算放大器LM324，這樣可有效地利用LM324的資源，減少使用元器件的數(shù)量，降低了成本。當(dāng)輸入電壓上升時(shí)，跟隨上升，使二極管、導(dǎo)通，截止，運(yùn)放U2B工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，使電容充電，上升。當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，跟隨下降，導(dǎo)通，U2B也工作在深度負(fù)反饋

43、狀態(tài)，深度負(fù)反饋保證了二極管、可靠截止，值得以保持。當(dāng)再次上升時(shí)使上升并使、導(dǎo)通，</p><p>　　截止，再次對電容充電（高于前次充電電壓），下降時(shí)，、又截止，導(dǎo)通，將峰值再次保持。輸出反映的大小，通過峰值檢波和后級緩沖放大電路，將采集到的微弱信號放大至0V~5V的直流電平，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809所要求的輸入電壓變換范圍，然后通過A/D轉(zhuǎn)換電路將檢測到的峰值轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。</p>&l

44、t;p>　　（3）A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　由于采集到的信息是連續(xù)變化的模擬量，不能被單片機(jī)直接處理，所以，必須把這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能夠輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，這里選用了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序示于圖3.2.6和圖3.2.7。</p><p>　　圖3.2.6 ADC0809的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)</

45、p><p>　　圖3.2.7 ADC0809的工作時(shí)序</p><p>　　ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100(即10千次/秒)。當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號ALE=1時(shí)，3位地址信號A、B、C送入地址鎖存器，選擇8路模擬量中的一路實(shí)現(xiàn)A/D變換。本設(shè)計(jì)中只使用通道INO，所以，地址譯碼器ABC直接地址為000，采用線選法尋

46、址。ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接，這里將它的數(shù)據(jù)輸出口直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線P0口相連接，AT89S52的P0口作為數(shù)據(jù)總線，又作為低8位地址總線。ADC0809的片內(nèi)沒有時(shí)鐘，時(shí)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(jì)數(shù)器74LS163構(gòu)成的4分頻器分頻獲得。ALE引腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6,單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz，則ALE引腳頻率約為2MHz，再

47、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(shè)計(jì)中采用+5V單電源供電。</p><p>　　放大后的電壓信號送入ADC0809的模擬輸入通道IN0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。將P2.7（地址總線的A15）作為片選信號，由AT89S52的寫信號和P2.7控制ADC0809的地址鎖存ALE和轉(zhuǎn)換啟動START，當(dāng)ADC0809的START啟動信號輸入端為高電平時(shí)，A/D

48、開始轉(zhuǎn)換，在時(shí)鐘的控制下，一位一位地逼近，比較器一次次進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC(低到高)，并將8位數(shù)字量鎖存到輸出緩存器 。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)輸出端鎖存器，AT89S52從ADC0809讀取相應(yīng)電壓數(shù)字量，然后存入數(shù)據(jù)緩沖器中。</p><p>　　3.2.2系統(tǒng)控制單元(AT

49、89S52簡介)</p><p>　　采用AT89S52單片機(jī)。AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes ISP (In-system programmable)的可反復(fù)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(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。&

50、lt;/p><p>　　AT89S62片內(nèi)結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：40個引腳，8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機(jī)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(shí)(WDT)電路，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位可編程定時(shí)計(jì)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(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？?/p>

51、閑模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時(shí)計(jì)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(fù)位。其工作電壓為5V，晶振頻率采用12MHz。</p><p><b>　　其引腳圖如下：</b></p><p>　　圖3.2.8 AT89S52的引腳圖</p><p>　　圖3.2.9

52、 AT89S52片內(nèi)結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　VCC : 電源</b></p><p><b>　　GND: 地</b></p><p>　　P0：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏</p><p>　　輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗

53、輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為

54、輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。</p><p>　　在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　P2：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對

55、P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字

56、節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用。</p><p>　　在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，

57、P3口也接收一些控制信號。</p><p>　　RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8

58、 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SF

59、R的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p><p>　　PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。</p><p>　　當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0

60、000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。</p><p>　　在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。并不是所有的地址都被定義了。片上沒有定義的地址是不能

61、用的。讀這些地址，一般將得到一個隨機(jī)數(shù)據(jù)；寫入的數(shù)據(jù)將會無效。用戶不應(yīng)該給這些未定義的地址寫入數(shù)據(jù)“1”。由于這些寄存器在將來可能被賦予新的功能，復(fù)位后，這些位都為“0”。</p><p>　　定時(shí)器2寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定時(shí)器2 的控制位和狀態(tài)位，寄存器對RCAP2H和RCAP2L是定時(shí)器2的捕捉/自動重載寄存器。</p><p>　　中斷寄存器：各中斷允許位在I

62、E寄存器中，六個中斷源的兩個優(yōu)先級也可在IE中設(shè)置。</p><p>　　雙數(shù)據(jù)指針寄存器：為了更有利于訪問內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)提供了兩路16位數(shù)據(jù)指針寄存器：位于SFR中82H~83H的DP0和位于84H～85。特殊寄存器AUXR1中DPS＝0 選擇DP0；DPS=1 選擇DP1。用戶應(yīng)該在訪問數(shù)據(jù)指針寄存器前先初始化DPS至合理的值。</p><p>　　掉電標(biāo)志位：掉電標(biāo)志位（

63、POF）位于特殊寄存器PCON的第四位（PCON.4）。上電期間POF置“1”。POF可以軟件控制使用與否，但不受復(fù)位影響。</p><p><b>　　存儲器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K尋址。</p><p>　　程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取

64、只從外部存儲器開始。對于89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器：AT89S52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高1

65、28 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。</p><p><b>　　看門狗定時(shí)器</b></p><p>　　WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT 由13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時(shí)器復(fù)位存儲器（WDTRST）構(gòu)成。WDT 在默認(rèn)情況下無法工作；為了激活WDT，戶用必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H

66、）中依次寫入01EH 和0E1H。當(dāng)WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機(jī)器周期都會增加。WDT計(jì)時(shí)周期依賴于外部時(shí)鐘頻率。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位），沒有辦法停止WDT工作。當(dāng)WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳一個高個電平輸出。</p><p><b>　　WDT使用：</b></p><p>　　為了激活WDT，用戶必須向WDTRST寄存器（地址為0A6H的

67、SFR）依次寫入0E1H和0E1H。當(dāng)WDT激活后，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來避免WDT溢出。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到8191(1FFFH)時(shí)，13 位計(jì)數(shù)器將會溢出，這將會復(fù)位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一個機(jī)器周期WDT 都會增加。為了復(fù)位WDT，用戶必須向WDTRST 寫入01EH 和0E1H（WDTRST 是只讀寄存器）。WDT 計(jì)數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng)WDT 計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給RST 引腳產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖輸出，這

68、個復(fù)位脈沖持續(xù)96個晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，應(yīng)該在一定時(shí)間內(nèi)周期性寫入那部分代碼，以避免WDT復(fù)位。</p><p>　　掉電和空閑方式下的WDT：</p><p>　　在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這WDT也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復(fù)位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復(fù)位退出掉電模式后，

69、用戶就應(yīng)該給WDT 喂狗，就如同通常AT89S52 復(fù)位一樣。通過中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。中斷應(yīng)持續(xù)拉低很長一段時(shí)間，使得晶振穩(wěn)定。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。為了防止WDT在中斷保持低電平的時(shí)候復(fù)位器件，WDT 直到中斷拉低后才開始工作。這就意味著WDT 應(yīng)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)WDT不被溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前就復(fù)位WDT。在進(jìn)入待機(jī)模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用

70、來決定WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機(jī)模式下，WDIDLE＝0，WDT繼續(xù)計(jì)數(shù)。為了防止WDT在待機(jī)模式下復(fù)位AT89S52，用戶應(yīng)該建立一個定時(shí)器，定時(shí)離開待機(jī)模式，喂狗，再重新進(jìn)</p><p><b>　　入待機(jī)模式。</b></p><p><b>　　UART</b></p><p>　　在AT89S52

71、中，UART 的操作與AT89C51 和AT89C52 一樣。為了獲得更深入的關(guān)于UART 的信息，可參考ATMEL 網(wǎng)站（http://www.atmel.com）。從這個主頁，選擇“Products”，然后選擇“8051-Architech Flash Microcontroller”，再選擇“Product Overview”即可。</p><p>　　定時(shí)器0 和定時(shí)器1</p><p

72、>　　在AT89S52 中，定時(shí)器0 和定時(shí)器1 的操作與AT89C51 和AT89C52 一樣。為了獲得更深入的關(guān)于UART 的信息，可參考ATMEL 網(wǎng)（http://www.atmel.com）。從這個主頁，選擇“Products”，然后選擇“8051-Architech Flash Microcontroller”，再選擇“Product Overview”即可。</p><p><b>

73、　　定時(shí)器2</b></p><p>　　定時(shí)器2是一個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它既可以做定時(shí)器，又可以做事件計(jì)數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位選擇（如表2所示）。定時(shí)器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器。，工作模式由T2CON中的相關(guān)位選擇。定時(shí)器2 有2 個8位寄存器：TH2和TL2。在定時(shí)工作方式中，每個機(jī)器周期，TL2 寄存器都會加1。由于一個

74、機(jī)器周期由12 個晶振周期構(gòu)成，因此，計(jì)數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。在計(jì)數(shù)工作方式下，寄存器在相關(guān)外部輸入角T2 發(fā)生1 至0 的下降沿時(shí)增加1。在這種方式下，每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣外部輸入。一個機(jī)器周期采樣到高電平，而下一個周期采樣到低電平，計(jì)數(shù)器將加1。在檢測到跳變的這個周期的S3P1 期間，新的計(jì)數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。因?yàn)樽R別1－0的跳變需要2個機(jī)器周期（24個晶振周期），所以，最大的計(jì)數(shù)頻率不高于晶振頻率的1/24。為了

75、確保給定的電平在改變前采樣到一次，電平應(yīng)該至少在一個完整的機(jī)器周期內(nèi)保持不變。捕捉方式在捕捉模式下，通過T2CON中的EXEN2來選擇兩種方式。如果EXEN2=0，定時(shí)器2時(shí)一個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，</p><p><b>　　波特率發(fā)生器</b></p><p>　　通過設(shè)置T2CON中的TCLK或RCLK可選擇定時(shí)器2 作為波特率發(fā)生器。如果定時(shí)器2作為發(fā)送或接收

76、波特率發(fā)生器，定時(shí)器1可用作它用，發(fā)送和接收的波特率可以不同。設(shè)置RCLK 和（或）TCLK 可以使定時(shí)器2 工作于波特率</p><p>　　產(chǎn)生模式。波特率產(chǎn)生工作模式與自動重載模式相似，因此，TH2 的翻轉(zhuǎn)使得定時(shí)器2 寄存器重載被軟件預(yù)置16位值的RCAP2H和RCAP2L中的值。模式1和模式3的波特率由定時(shí)器2溢出速率決定，定時(shí)器可設(shè)置成定時(shí)器，也可為計(jì)數(shù)器。在多數(shù)應(yīng)用情況下，一般配置成定時(shí)方式。定時(shí)器

77、2 用于定時(shí)器操作與波特率發(fā)生器有所不同，它在每一機(jī)器周期（1/12晶振周期）都會增加；然而，作為波特率發(fā)生器，它在每一機(jī)器狀態(tài)（1/2晶振周期）都會增加。</p><p>　　定時(shí)器2 作為波特率發(fā)生器，圖中僅僅在T2CON 中RCLK 或TCLK＝1</p><p>　　才有效。特別強(qiáng)調(diào)，TH2的翻轉(zhuǎn)并不置位TF2，也不產(chǎn)生中斷； EXEN2置位后，T2EX引腳上1～0的下跳變不會使（

78、RCAP2H，RCAP2L）重載到（TH2，TL2）中。因此，定時(shí)器2作為波特率發(fā)生器，T2EX也還可以作為一個額外的外部中斷。</p><p>　　定時(shí)器2處于波特率產(chǎn)生模式，TR2=1，定時(shí)器2正常工作。TH2或TL2不應(yīng)該讀寫。在這種模式下，定時(shí)器在每一狀態(tài)都會增加，讀或?qū)懢筒粫?zhǔn)確。寄存器RCAP2可以讀，但不能寫，因?yàn)閷懣赡芎椭剌d交迭，造成寫和重載錯誤。在讀寫定時(shí)器2 或RCAP2寄存器時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉定時(shí)

79、器（TR2清0）。</p><p><b>　　可編程時(shí)鐘輸出</b></p><p>　　可以通過編程在P1.0 引腳輸出一個占空比為50%的時(shí)鐘信號。這個引腳除了常規(guī)的I/O 角外，還有兩種可選擇功能。它可以通過編程作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的</p><p>　　外部時(shí)鐘輸入或占空比為50%的時(shí)鐘輸出。當(dāng)工作頻率為16MHZ時(shí)，時(shí)鐘輸出頻率范

80、圍為61HZ到4HZ。為了把定時(shí)器2配置成時(shí)鐘發(fā)生器，位C/T2（T2CON.1）必須清0，位T2OE（T2MOD.1）必須置1。位TR2（T2CON.2）啟動、停止定時(shí)器。時(shí)鐘輸出頻率取決于晶振頻率和定時(shí)器2捕捉寄存器（RCAP2H，RCAP2L）的重載值在時(shí)鐘輸出模式下，定時(shí)器2不會產(chǎn)生中斷，這和定時(shí)器2用作波特率發(fā)生器一樣。定時(shí)器2也可以同時(shí)用作波特率發(fā)生器和時(shí)鐘產(chǎn)生。不過，波特率和輸出時(shí)鐘頻率相互并不獨(dú)立，它們都依賴于RCAP2

81、H和RCAP2L。</p><p>　　T2EX 的跳變會引起T2CON 中的EXF2 置位。像TF2 一樣，T2EX 也會引起中斷。</p><p><b>　　自動重載</b></p><p>　　當(dāng)定時(shí)器2 工作于16 位自動重載模式，可對其編程實(shí)現(xiàn)向上計(jì)數(shù)或向下計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　中斷&

82、lt;/b></p><p>　　AT89S52 有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0 和INT1），三個定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。IE.6位是不可用的。對于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系

83、列新產(chǎn)品預(yù)留。定時(shí)器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清0。定時(shí)器0和定時(shí)器1標(biāo)志位TF0 和TF1在計(jì)數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時(shí)器2 的標(biāo)志位TF2 在計(jì)數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。</p&

84、gt;<p><b>　　晶振特性</b></p><p>　　AT89S52 單片機(jī)有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和</p><p>　　XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件的話，XTAL2 可以不接，而從XTAL1 接入。由于外部時(shí)鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為

85、外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對外部時(shí)鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。</p><p><b>　　空閑模式</b></p><p>　　在空閑工作模式下，CPU 處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可以被任一個中斷或硬件

86、復(fù)位終止。由硬件復(fù)位終止空閑模式只需兩個機(jī)器周期有效復(fù)位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內(nèi)部RAM，而可以訪問端口引腳?？臻e模式被硬件復(fù)位終止后，為了防止預(yù)想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應(yīng)該是寫端口或外部存儲</p><p><b>　　器。</b></p><p><b>　　掉電模式</b></p>

87、<p>　　在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義了SFR 的值，但不改變片上RAM 的值。在VCC未恢復(fù)到正常工作電壓時(shí)，硬件復(fù)位不能無效，并且應(yīng)保持足夠長的時(shí)間以使晶振重新工作和初始化。</p><p>　　3.2.3顯示告警電路</p><p&g

88、t;　　一旦發(fā)現(xiàn)金屬出現(xiàn)。則被測物理量超限由單片機(jī)I/O口的P1.0控制發(fā)光二極管進(jìn)行光報(bào)警的同時(shí)，P1.6還觸發(fā)無源蜂鳴器用聲報(bào)警提醒檢測人員注意，進(jìn)行必要的定位搜身檢查。</p><p>　　3.2.4.電源電路 </p><p>　　電源供電由9V電池和板內(nèi)穩(wěn)壓電源組成。電源板采用三端穩(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

89、安全區(qū)保護(hù)功能，可將9VDC的輸入電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，最大輸出電流0.5A，保證板內(nèi)555定時(shí)器、UGN3503U、AT89S52、ADC0809等芯片和元件可靠地工作。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1軟件算法</b></p><p>　　軟件是系統(tǒng)的靈魂，整個系統(tǒng)的軟件包括主程序、一個外部中斷服

90、務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、比較判斷子程序及發(fā)光報(bào)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(shè)計(jì)，使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。</p><p>　　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中的21H中的數(shù)值的值來判斷是否采集基準(zhǔn)電壓,如果未采集過，則啟動ADC0809對INO通道的模擬輸入量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在電路設(shè)計(jì)中，ADC0809與AT89

91、S52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(wù)程序中完成的，從原理圖看出，ADC0809的EOC端通過反相器接AT89S52的INT1端，作為中斷申請。采用中斷方式，可大大節(jié)省CPU的時(shí)間。軟件編程允許AT89S52響應(yīng)外部中斷1，且設(shè)置其響應(yīng)方式為邊沿觸發(fā)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢后，AD0809的EOC端向AT89S52的送入一個中斷申請信號，AT89S52接此信號后響應(yīng)中斷請求，調(diào)用中斷服務(wù)子程序INT1，中斷服務(wù)程序

92、進(jìn)行壓棧，保護(hù)現(xiàn)場，讀取來自0809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(jī)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(jī)RAM21H中，作為基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)測得的靈敏度的值被存放在單片機(jī)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為首脂的數(shù)據(jù)存儲器中，然后將此數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行

93、比較，二者差值U存放在單片機(jī)RAM地址為22H的存儲器中。而后再通過判據(jù)算法將此差值U與靈敏度進(jìn)行比較，以確定是否報(bào)警。</p><p><b>　　4.2軟件流程</b></p><p>　　4.2.1主程序流程圖</p><p>　　4.2.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2.2數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)</p

94、><p>　　設(shè)一個采樣周期，對通道0連續(xù)采樣6次，然后去掉最大和最小值，把剩余的累加求算術(shù)平均值作為本周期采樣值。存入內(nèi)部RAM以30H為首址的數(shù)據(jù)存儲器中。其中，寄存器存放最小值，寄存器存放累加和，存放連續(xù)采樣次數(shù)。</p><p><b>　　程序框圖如下：</b></p><p>　　4.2.2 數(shù)字濾波程序流程圖</p>

95、<p><b>　　第五章 結(jié)論</b></p><p>　　線性霍爾傳感器(linear Hall-Effect Sensors):在電路設(shè)計(jì)中，選用了美國ALLEGRO公司生產(chǎn)的靈敏度極高的UGN3503U線性霍爾傳感器，來檢測通電線圈周圍的磁場變化。它是將霍爾元件、高增益線性差分放大器和射極跟隨器集成在同一半導(dǎo)體基片上，為用戶提供了一個由外電壓源驅(qū)動、使用方便的磁敏傳感器，其

96、主要功能是可將感應(yīng)到的磁場強(qiáng)度信號線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴Ｋ撵`敏度典型值為13.5 mV/mT，靜態(tài)輸出電壓為2.5 V，輸出電阻為0.05 kΩ,mini-SIP封撞。具有線性度好，結(jié)構(gòu)牢固，體積小、重量輕、耐震動、功耗小、壽命長、頻率高(可達(dá)1 MHz)，輸出噪聲低等特點(diǎn).利用UGN3503U的上述特性,將其固定在探測線圈中心，就會感應(yīng)到線圈周圍的磁場變化，并將磁場的變化信號線性地轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化而被后級電路拾取。</p&

97、gt;<p>　　放大和峰值檢波電路:UGN3503U線性霍爾元件采集到的電壓信號是一個毫伏級的信號，信號十分微弱，所以，在對其進(jìn)行處理前,首先要進(jìn)行放大.這里采用美國AD公司生產(chǎn)的軟件可編程放大器AD0809，將采集到的微弱電壓信號根據(jù)要求自動調(diào)整到適合A/D轉(zhuǎn)換的最佳輸入范圍,然后通過峰值檢波電路，將其變成0V~5V的直流電平，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,這樣可有效保證在低輸入時(shí)的轉(zhuǎn)換精度，擴(kuò)大了采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍。</p

98、><p>　　AT89S52單片機(jī):是ATMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī);它兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，片內(nèi)帶有8 K Bytes可反復(fù)擦寫1000次的ISP Flash程序存儲器和看門狗定時(shí)(WDT)電路，可有效地防止程序跑飛而陷入“死循環(huán)”。顯示和報(bào)警電路:一旦發(fā)現(xiàn)金屬出現(xiàn)，則被測電壓超限由單片機(jī)I/O口的P1.0控制發(fā)光二極管進(jìn)行光報(bào)警的同時(shí)，P1.6還觸發(fā)無源蜂鳴

99、器用聲報(bào)警提醒檢測人員注意,進(jìn)行必要的定位搜身檢查。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　我的整個本科生論文工作的完成，自始至終都離不開導(dǎo)師xx老師精心指導(dǎo)。陳老師工作非常細(xì)心，抽出大量時(shí)間從本文的選題到具體的課題工作進(jìn)行悉心指導(dǎo)。在陳老師的言傳身教下，本人逐步走上了科學(xué)研究的道路。xx老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高瞻遠(yuǎn)矚的判斷能力、縝密的思維方

100、式以及忘我的工作精神將使本人終生受益。xx老師在生活上也給予了本人很大的幫助和關(guān)懷。在此，向xx老師表示我最崇高的敬意和最衷心的感謝！</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯中，理論與實(shí)踐的完美統(tǒng)一。歷經(jīng)幾個月的學(xué)習(xí)、籌劃，我不僅拓寬了知識面，也對所學(xué)過知識有所加深，相信這對以后的學(xué)習(xí)和工作有很大幫助。</p><p>　　畢業(yè)即將結(jié)束，我也要告別大學(xué)生活，在畢業(yè)前的最后一刻，這是我向老師

101、和同學(xué)們交上的最后答卷，讓我大學(xué)生活畫上圓滿句號。由于本人能力有限，加上時(shí)間倉促，難免有不足之處，望各位老師不吝指正，我在此深表感謝。</p><p>　　再次感謝各位老師的指導(dǎo)，感謝xx老師的不斷幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 3503Ratiometric Linear Hall-Effec

102、t Sensors Data Sheet[S]. Allegro MicroSystems. Inc.,2002.</p><p>　　[2] 涂有瑞.霍爾傳感元器件及其應(yīng)用[J].電子元器件應(yīng)用,2002,4(3):53~57.</p><p>　　[3] 周省三.電磁場基本教程[M].北京:高等教育出版社,1985.248~249.</p><p>　　[4]程

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