武汉大学电气工程学院 贾俊 彭迎
工频弱磁测量仪
目前，环境电磁污染的研究与防治越来越受到人们的关注，电磁生物效应也已经成为电磁兼容研究领域的一个重要研究方向；其中输电线路产生的工频电磁场对生物体的影响是人们最为关心的问题之一。但是目前针对环境工频磁场的测量手段还很欠缺，针对这一需要，我们研制了以8032单片机为中心的工频弱磁测量仪，能测量一毫高到一千毫高范围内、方向未知的工频磁场，可以作为环境工频磁场的有效监测手段。
测量仪硬件由电源模块和两块电路板以及磁场探头组成。由于本仪器的用途在于测量环境工频磁场的大小，有可能长时间在难以取得电源的户外环境下工作，我们选择了蓄电池（12V，4Ah）作为测量仪的供电电源，并制作了与蓄电池配套的充电装置，蓄电池的输出电压经DC/DC转换器（输入5~18V，输出 12V，+5V）进行转换后供给测量仪电路。两块电路板中一块为模拟板，主要完成经探头采样的信号的滤波、放大、采样以及对放大倍数选择的控制；一块为数字板，主要完成采样信号的模数转换、计算（消除噪声并还原信号）、显示以及对一个固定时段最大值的存取。测量仪的总体框图如图1所示。
探头（感应线圈）将待测磁场转换成电压信号，经过滤波、放大、采样保持和多路开关（有三路信号）后送入到AD574进行模数转换，然后送入单片机8032进行信号处理并通过液晶显示模块将测量结果显示出来。
模拟电路结构
模拟电路部分框图如图2所示，其中Vin1、Vin2、Vin3为探头输出的三路感应电压信号，由于待测磁场比较微弱，感应线圈输出的电压信号将是叠加有大量噪声的工频信号；为了从噪声中提取有用信号，我们采用了RLC串联谐振电路对输入信号进行滤波，然后芤怯梅糯笃鰽D624对工频信号进行放大（由单片机控制多路开关AD7502选通控制放大倍数），三路采样保持器的输出经多路开关 AD7501（由单片机控制选通）后输入到数字板上的模数转换器AD574进行模数转换。
数字电路结构
数字电路部分框图如图3所示，单片机8032是本测量仪的中心，ROM27128和RAM6264直接挂在单片机的数据总线和地址总线上，LCM为字符型液晶显示模块，Vin为模拟电路的输出信号。
输入到AD574的电压信号经模数转换成数字量后输入到单片机还原成模拟量，然后输出到LCM进行显示。
AD574功能介绍
AD574是美国Analog Device公司生产的12位逐次逼近式模数转换器，其主要特点是：①有参考电压基准和时钟电路，不需外部时钟就可以工作；②转换速率高，12位转换25 s，8位转换16 s；③8位或16位微处理器接口，自带三态输出缓冲电路，可直接挂在单片机的数据总线上而无需接口电路；④温度适应范围大，在-55~+125 C范围内满足线性要求。其管脚排列如图4所示。主要功能引脚介绍如下：
AC：模拟地
DC：数字地
CS：片选信号，低电平有效
CE：片使能，高电平有效
R/C：读/启动信号，高电平读数据，低转换
12/8：数据格式选择，高电平12位数据同时有效，低电平时第一次输出高8位，第二次输出低四位有效，中四位为零。
A0：内部寄存器控制输入端，在12/8接地的情况下，高电平时高8位数据有效，低电平时低4位有效，中间4位为零，高4位为高阻态；在R/C为低的情况下，高电平启动12位转换，低电平启动8为转换。
STS：工作状态输出端，高电平表示正在转换，低电平表示转换完毕。
AD574和单片机的接口
在本测量仪中，AD574与8032的接口电路如图5所示。采用-5V~+5V双极性输入方式，脚直接接地，分两次输出转换结果，3、4、5脚分别接至单片机地址总线的高位P2.5、P2.4、P2.3，单片机的读写信号经过一级与非门后送到 AD574的CE脚作为使能信号，AD574状态脚（STATUS）接单片机外部中断0，用中断方式读转换结果。与AD574的12脚和10脚相接的两个 0.1k 的电位器分别用于零点调整和满刻度调整（增益调整），具体的调整方法是：①零点调整：调整R1使得输入模拟电压从-5V变化到-4.9988V（即输入电压变化1/2LSB）时，输出数字量从000000000000变化到000000000001。②满刻度调整（增益调整）：调整R2使得输入模拟电压从 +4.9988V变化到+5V（即输入电压变化1/2LSB），输出数字量从111111111110变化到111111111111。
在设计硬件电路时要十分注意的一点就是AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接方式：应该将高8位DB4~DB11接到 数据总线的D0~D7，低4位DB0~DB3接到数据总线的高4位D4~D7。如果接错的话就不能读取正确的转换结果，而且还很容易烧坏芯片。
中断服务程序
由图3所示的硬件接法，我们得到AD574各操作对应的口地址为：
启动变换：47FFH
读转换结果高8位：4FFFH
读转换结果低4位：5FFFH
据此我们用单片机高级语言C51编写的AD574中断服务程序为：
void ad574(void) interrupt 0
{
char r1,r2;
char xdata *p;
int caiyang1=0x2100;
int caiyang2=0x2200;
p=0x4fff;
ACC=*p;
r1=ACC; //读转换结果高8位
p=0x5fff; r2=ACC; //读转换结果低4位
XBYTE[caiyang1]=r1;
XBYTE[caiyang2]=r2; /*将结果存入外部RAM绝对地址单元*/
caiyang1++;
caiyang2++;
wancheng=1; /*读数完毕，置转换完成标志位为1*/
PX0=0; //关中断优先级
}
结束语
AD574 由三组电源供电，即 15V和+5V，由于它对从电源线引入的噪声十分敏感，几毫伏的电源噪声就会引起A/D转换几位的误差，所以在应用过程中应特别注意电源的滤波和稳压，可以采用的抗干扰措施有：①在芯片的7脚和9脚、9脚和11脚以及1脚和15脚之间接入由一个47 F钽电容和一个0.01 F瓷片电容并联而成的去耦网络。②在印制板设计时让模拟量输入电路与数字电路尽量分开。③芯片的数字地（15脚）和模拟地（9脚）就近接在一起。在发热量较大的应用场合，还应采取一定的散热措施。
我们采用以上方法进行抗干扰设计后发现AD574的工作十分稳定可靠。
本文摘自《世界电子元器件》