AD574在工頻弱磁測量儀中的應用

工頻弱磁測量儀

目前，環境電磁污染的研究與防治越來越受到人們的關注，電磁生物效應也已經成為電磁兼容研究領域的一個重要研究方向；其中輸電線路產生的工頻電磁場對生物體的影響是人們最為關心的問題之一。但是目前針對環境工頻磁場的測量手段還很欠缺，針對這一需要，我們研制了以8032單片機為中心的工頻弱磁測量儀，能測量一毫高到一千毫高范圍內、方向未知的工頻磁場，可以作為環境工頻磁場的有效監測手段。

測量儀硬件由電源模塊和兩塊電路板以及磁場探頭組成。由于本儀器的用途在于測量環境工頻磁場的大小，有可能長時間在難以取得電源的戶外環境下工作，我們選擇了蓄電池（12v，4ah）作為測量儀的供電電源，并制作了與蓄電池配套的充電裝置，蓄電池的輸出電壓經dc/dc轉換器（輸入5~18v，輸出 12v，+5v）進行轉換后供給測量儀電路。兩塊電路板中一塊為模擬板，主要完成經探頭采樣的信號的濾波、放大、采樣以及對放大倍數選擇的控制；一塊為數字板，主要完成采樣信號的模數轉換、計算（消除噪聲并還原信號）、顯示以及對一個固定時段最大值的存取。測量儀的總體框圖如圖1所示。

探頭（感應線圈）將待測磁場轉換成電壓信號，經過濾波、放大、采樣保持和多路開關（有三路信號）后送入到ad574進行模數轉換，然后送入單片機8032進行信號處理并通過液晶顯示模塊將測量結果顯示出來。

模擬電路結構

模擬電路部分框圖如圖2所示，其中vin1、vin2、vin3為探頭輸出的三路感應電壓信號，由于待測磁場比較微弱，感應線圈輸出的電壓信號將是疊加有大量噪聲的工頻信號；為了從噪聲中提取有用信號，我們采用了rlc串聯諧振電路對輸入信號進行濾波，然后芤怯梅糯篤鰽d624對工頻信號進行放大（由單片機控制多路開關ad7502選通控制放大倍數），三路采樣保持器的輸出經多路開關 ad7501（由單片機控制選通）后輸入到數字板上的模數轉換器ad574進行模數轉換。

數字電路結構

數字電路部分框圖如圖3所示，單片機8032是本測量儀的中心，rom27128和ram6264直接掛在單片機的數據總線和地址總線上，lcm為字符型液晶顯示模塊，vin為模擬電路的輸出信號。

輸入到ad574的電壓信號經模數轉換成數字量后輸入到單片機還原成模擬量，然后輸出到lcm進行顯示。

ad574功能介紹

ad574是美國analog device公司生產的12位逐次逼近式模數轉換器，其主要特點是：①有參考電壓基準和時鐘電路，不需外部時鐘就可以工作；②轉換速率高，12位轉換25 s，8位轉換16 s；③8位或16位微處理器接口，自帶三態輸出緩沖電路，可直接掛在單片機的數據總線上而無需接口電路；④溫度適應范圍大，在-55~+125 c范圍內滿足線性要求。其管腳排列如圖4所示。主要功能引腳介紹如下：

ac：模擬地
dc：數字地
cs：片選信號，低電平有效
ce：片使能，高電平有效
r/c：讀/啟動信號，高電平讀數據，低轉換
12/8：數據格式選擇，高電平12位數據同時有效，低電平時第一次輸出高8位，第二次輸出低四位有效，中四位為零。
a0：內部寄存器控制輸入端，在12/8接地的情況下，高電平時高8位數據有效，低電平時低4位有效，中間4位為零，高4位為高阻態；在r/c為低的情況下，高電平啟動12位轉換，低電平啟動8為轉換。
sts：工作狀態輸出端，高電平表示正在轉換，低電平表示轉換完畢。

ad574和單片機的接口

在本測量儀中，ad574與8032的接口電路如圖5所示。采用-5v~+5v雙極性輸入方式， 腳直接接地，分兩次輸出轉換結果，3、4、5腳分別接至單片機地址總線的高位p2.5、p2.4、p2.3，單片機的讀寫信號經過一級與非門后送到ad574的ce腳作為使能信號，ad574狀態腳（status）接單片機外部中斷0，用中斷方式讀轉換結果。與ad574的12腳和10腳相接的兩個0.1k 的電位器分別用于零點調整和滿刻度調整（增益調整），具體的調整方法是：①零點調整：調整r1使得輸入模擬電壓從-5v變化到-4.9988v（即輸入電壓變化1/2lsb）時，輸出數字量從000000000000變化到000000000001。②滿刻度調整（增益調整）：調整r2使得輸入模擬電壓從+4.9988v變化到+5v（即輸入電壓變化1/2lsb），輸出數字量從111111111110變化到111111111111。

在設計硬件電路時要十分注意的一點就是ad574的數據輸出線與單片機數據總線的連接方式：應該將高8位db4~db11接到 數據總線的d0~d7，低4位db0~db3接到數據總線的高4位d4~d7。如果接錯的話就不能讀取正確的轉換結果，而且還很容易燒壞芯片。

中斷服務程序

由圖3所示的硬件接法，我們得到ad574各操作對應的口地址為：
啟動變換：47ffh
讀轉換結果高8位：4fffh
讀轉換結果低4位：5fffh
據此我們用單片機高級語言c51編寫的ad574中斷服務程序為：
void ad574(void) interrupt 0
{
char r1,r2;
char xdata *p;
int caiyang1=0x2100;
int caiyang2=0x2200;
p=0x4fff;
acc=*p;
r1=acc; //讀轉換結果高8位
p=0x5fff; r2=acc; //讀轉換結果低4位
xbyte[caiyang1]=r1;
xbyte[caiyang2]=r2; /*將結果存入外部ram絕對地址單元*/
caiyang1++;
caiyang2++;
wancheng=1; /*讀數完畢，置轉換完成標志位為1*/
px0=0; //關中斷優先級
}

結束語

ad574由三組電源供電，即 15v和+5v，由于它對從電源線引入的噪聲十分敏感，幾毫伏的電源噪聲就會引起a/d轉換幾位的誤差，所以在應用過程中應特別注意電源的濾波和穩壓，可以采用的抗干擾措施有：①在芯片的7腳和9腳、9腳和11腳以及1腳和15腳之間接入由一個47 f鉭電容和一個0.01 f瓷片電容并聯而成的去耦網絡。②在印制板設計時讓模擬量輸入電路與數字電路盡量分開。③芯片的數字地（15腳）和模擬地（9腳）就近接在一起。在發熱量較大的應用場合，還應采取一定的散熱措施。
我們采用以上方法進行抗干擾設計后發現ad574的工作十分穩定可靠。