本科毕业论文--静态磁参数测量实验平台的研制

1、本科毕业设计静态磁参数测量实验平台的研制目录 I目录 II毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。 对本论文（设计） 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢作者签名： 日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计） 的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电 子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论 文（设计）进入学校

2、图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或 部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期：目录 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 摘要磁性材料广泛地应用于国防、工农业、医疗和日常生活等行业中，其磁特性 参数又是影响其产品性能的关键因素。本文针对软磁材料，为实验室建设，研制 了静态磁参数手动测量系统，论文有一定的实用价值。在硬件系统设计中，采用“ MCS-51单片机”系统为核心，设计了磁化电路， 磁化电流的给定利用恒压源配合开关控制下的九个串联固定电阻分档实现；在测试回路设计中，为了防止感应冲击电压超量程引起测试的误差，将感应电动势经过积 分变换

3、、绝对值和A/D变换电路将数据采入单片机中，经计算得到磁感应强度B。在软件设计中，采用C语言和汇编语言混合编程，设计了在测量过程中对数 据的采集、处理、存储和测量结果显示等程序模块。模块化的编程使得程序具有 可读性强、易于维护和方便升级的特点。所研制的样机在实验室进行了测试，结果表明，本文所研制的静态磁参数测量系统的功能和指标达到了设计要求，能够满足教学实验的要求。关键词：磁性材料，磁化曲线，磁滞回线，“ MCS-51单片机”Title:The developme nt of static magn etic measureme nt systemApplica nt:Speciality:A

4、BSTRACTMagnetic materials are widely used in many areas, such as national defense, industry, agriculture, medical and daily life. The parameters of magnetic characteristic play an important role in products performances.Forlaboratory construction,this paper develops a static magnetic parameter manua

5、lmeasureme nt of soft magn etic materials system.“MCS-51 SCM system is the core of the hardware. A magnetic circuit is designed and the magnetic current is given by nine series fixed resistances con trolled by the switch and con sta nt voltage source; In the testi ng of the sub-circuitdesig n, in du

6、cti on EMFis tran sferredin to SCMfter wave tran sform,absolute strike and A/D conv ersi on. The magn etic in duct ion inten sityB can the nbe obta ined by calculati on.In the software design,both C and assembly Ianguage are appliedto design thestorage and testthe features ofresult stro ngprocedure

7、module of data collection,procession,display. Modular programming entrusts the design readability, easy maintaining and convenience upgrad ing.The developed prototype was tested in the laboratory. Results show that targets of this static magn etic measureme nt are achieved. The dema nd for educati o

8、n purpose is also met.,Magnetization curve,Hysteresis loopKEY WOR DS: Magnetic materialMCS-51 SCM TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1磁性材料1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1.1磁性材料的用途1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Do

9、cument 1.1.2磁性物质的分类与磁特性 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.2磁场的测量方法11.2.1冲击法11.2.2磁通表法2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2.3霍尔效应法3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.3磁性材料的测量方法 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.4本论文的主要工作 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current D

10、ocument 1.4.1毕业设计的主要任务：5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1.4.2课题的具体工作内容5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1.5本论文的结构安排6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第2章 静态磁测量原理 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.1磁场的基本定律 7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2.1.1安培环路

11、定律7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1.2电磁感应定律 7 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.2静态磁材料的测量 8 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.3测量10 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.3.1基本磁化曲线测量 102.3.2磁滞回线的测量 11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第3章 静态磁测量的硬件系统设计 1

12、3 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 3.1静态磁测量的硬件系统框图 13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.2单片机系统13 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.2.1单片机系统及键盘13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.2.2液晶显示接口 15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.2.3单片机与PC机的串行接口 16 HYPERL

13、INK l bookmark56 o Current Document 3.3励磁电流的给定和磁感应强度的测量电路设计 17 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.3.1磁化电流的给定设计 17 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.3.2磁感应强度B的测量电路设计 19 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 第4章 静态磁测量的软件系统设计 23 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 4.1系统软件23

14、 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.2主程序清单23 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 4.3中断服务程序清单29第5章 静态磁测量系统的调试与测试 31 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5.1磁性材料试品的准备 31 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5.2系统的调试与测试32 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 5.2.1单片机系统的调试3

15、2 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 5.2.2励磁回路的调试 33 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 5.2.3测试回路的调试33 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 5.3测试35 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 5.3.1磁化曲线的测量步骤35 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 5.3.2磁滞回线的测量步骤37 HYPERLINK l boo

16、kmark88 o Current Document 第6章 结论与展望 41 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 6.1结论41 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 6.2展望41致谢43 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 参考文献：45第1章绪论 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 第1章绪论1.1磁性材料1.1.1磁性材料的用途磁性材料的应用，在国民经济占有举足轻重的地位。它广泛应用于工农业、国防 以及日常生活中，例如工业中的电气设备包括互感器

17、、电抗器、变压器和电机等；仪 器仪表中的磁性元件包括医疗仪器中的核磁共振；日常生活中的电声、指南针、电饭 锅、记录语音的电视机和磁性卡等。1.1.2磁性物质的分类与磁特性磁性物质按材料可分为金属和非金属两类。金属主要有电工硅钢、坡莫合金和稀 土合金等，非金属主要是铁氧体材料。按用途又分为软磁材料、硬磁材料和功能磁性 材料，如电工硅钢、坡莫合金、软磁铁氧体等属于软磁材料；而铝镍钻永磁、稀土钻 永磁、钕铁硼永磁、永磁铁氧体等属于硬磁材料；功能磁性材料通常指磁致伸缩材料、 磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料、磁性薄膜材料、粘结材 料等。按形态分为粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材

18、料等。按磁性能可分为反磁性、顺磁性和铁磁物质三种。磁性材料的磁特性通常用磁化曲线和磁滞回线来表征。其中，磁滞回线狭窄，回 线面积较小而磁导率高的磁性材料称为软磁材料。常用于做电机、变压器、继电器的 铁心。硬磁材料由于磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力较大，因而适宜制作永久磁铁。1.2磁场的测量方法磁场的测量方法主要有冲击法、磁通表法和霍尔效应法。1.2.1 冲击法利用冲击电流计测量磁场的方法称为冲击法，如图1-1所示，常用于测量静态磁特性曲线。试品材料制造成镯环形，形成闭合磁路，并绕以磁化线圈和测量线圈。前者通过换向开关、电流表和调节电流的可变电阻接到直流电源上；后者接到冲击电流 计上。开始测量时，通

19、过电流表将磁化线圈中的电流调到某一数值，由电流表的读数、 磁化线圈的匝数，以及试品材料的磁路几何参数，可计算出磁场强度H的值。然后，利用换向开关，快速改变磁化线圈中的电流方向，使试品材料中的磁通密度的方向突然改变，于是在测量线圈中感应出脉冲电动势 e，e使脉冲电流流过冲击电流计。通 过冲击电流计的总电量 Q与磁通的变化满足NRQ，从式中看出：总电量Q与磁通的变化成比例，贝U只要测出脉冲电流的总电量 Q,就可算出磁通的变化 0再由试品材料的等效截面 S,可计算出相应的磁感应强度 B值。JG图i-i冲击法原理图1.2.2磁通表法与冲击法类似，用磁通表替换冲击电流计，如图1-2所示，可直接读出磁通

20、再由试品材料的等效截面S,可计算出相应的磁感应强度 B值。图1-2磁通表法原理图123 霍尔效应法将一块金属导体或半导体薄片放在磁场中， 沿垂直于磁场的方向上通以电流I ,这 些运动着的电子，在磁场中将受到洛仑兹力的作用，从而在两横侧间形成一个电压UH，这个效应称为霍尔效应，如图1-3所示，图中电压称霍尔电压。在良导体中，由于 形成电流的电子运动速度较快，因而霍尔电压较低，难以利用。半导体材料出现后， 发现半导体的霍尔效应比较强烈，从而使这一效应在磁测量中得到日益广泛的应用。UH Ribf (-) = KH B- i(1-1 )d c式中：FH霍尔系数，它与试品材料的性质有关；d半导体薄片的厚

21、度；b 半导体的薄片的宽度；l半导体薄片的长度；f(-)霍尔片的形状系数；cKH 称为霍尔片的灵敏度。利用霍尔效应制成的传感器也称为霍尔片。通常，使用霍尔片测量磁场时，片中 的电流应保持恒定，故应采用恒流供电方式。由于交变电压易于放大，在测量恒定磁 场时(包括直流电压或直流电流)，常采用交流恒流源供电；而在测量交变磁场时(包 括交流电压或交流电流)，则采用直流恒流源供电。但由于近代电子技术的进步，通常 不管是测直流信号还是交流信号均采用恒定直流供电。霍尔效应法测量磁场的范围很宽，场强范围可从8X10-27XlO7A/m,它的准确度一般为15%采取减小误差的措施后，可提高到0.1%以上。而测量电

22、压或电流准确度通常在0.1 %1%。1.3磁性材料的测量方法磁性材料的测量的理论依据在磁性材料测量中，用到两个基本定理：一是安培环流定理，简称安匝定律，它 的表达式为HL NI ,式中：H为磁场强度、L为试品的长度、N为励磁线圈的匝数、 I为励磁电流。该定理是对试品磁化的依据，通常 L、N、丨是已知的，所以可方便地 计算出磁场强度H。另一个是电磁感应定理，它的表达式为 e N d dt，式中e为感应电动势、N为 测试线圈的匝数、负号表示感应电势引起的电流总是企图阻止线圈中磁通的变化，这 一规律常称为楞次定则。为了对磁性材料进行测量，就必须对励磁线圈加入阶跃变化 的一个励磁电流，以便产生一个变化

23、的磁场，这样测试线圈就会有一个感应电势，从 式中可知，如果对该感应电势进行积分，同时，测试线圈匝数是已知的，就可算出磁 通。又因为BS,而S为试品的截面积也是已知的，所以就可以进一步算出磁感应强度B。静态磁特性的测量：磁性材料使用直流磁化磁场测得的磁特性，称为静态磁特性。表征其静态特性的 参量有基本磁化曲线、磁滞回线、剩磁 Br、矫顽磁力Hc等。动态磁特性的测量：磁性材料在交变磁场中的磁性能，称为动态磁特性。表征其动态特性的参量是交 流磁化曲线、动态磁滞回线、铁损、复数磁导率以及复磁导率随频率变化的曲线。1.4本论文的主要工作1.4.1毕业设计的主要任务：（1 ）在通过查阅相关资料，学习磁性材

24、料的测量原理的基础上，采用“ MCS-51 单片机研制一台用于实验室建设的手动静态磁测量实验平台。（2）设计适合于手动操作的磁化电流给定电路。（3） 设计用于测量磁感应强度 B的调理放大电路、A/D和LCD显示器等。（4）采用C语言编写手动测量与记录的应用程序并调试通过。（5）制作出样机并测试达到功能和技术指标要求。（6）写出毕业设计论文。1.4.2课题的具体工作内容原始数据磁性材料：测试试品线圈匝数：外径 D）=60mm内径D = 30mm环高h= 10mm所以截面积S=150mm样品的等效平均磁路长度丨65.33mm技术要求手动操作控制退磁、磁锻、测量、记录和显示。设计数字磁通计用于测试磁

25、感应强度测试准确度：3%工作要求采用MCS-5係列单片机89C52为核心组建硬件系统。设计相应的调理电路、A/D和LCD显示器与单片机的接口电路。根据操作功能要求，确定键盘控制功能采用C语言编写应用程序并调试通过。对系统进行测试和结果分析。写出论文。1.5本论文的结构安排第三章静态磁测量的系系统与测试，第六章结第一章 绪论，第二章 静态磁测量原理与测量步骤， 统硬件设计，第四章 静态磁测量的系统软件设计， 第五章 论与展望。第2章静态磁测量原理 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 第2章静态磁测量原理2.1磁场的基本定律2.1.1安培环路定律在磁场中，沿任一闭合路径磁场强度向量的线积分值，等于

26、穿过该闭合路径电流 的代数和，即iH dl i（2-1）式（2-1）是磁场的基本方程之一，称为安培环路定律的一般形式，也称为全电流定律。 根据此定律很容易得出，在两种不同媒质的分界面上，磁场强度的切线分量是连续的， 即H1t H2t（ 2-2）此定理是应用励磁电流解决B。2.1.2 电磁感应定律如图2-1所示线圈，当穿过它的磁通链发生变化时，线圈中就产生感应电势。实 验表明，在选取e的参考方向与磁通 符合右手螺旋定则时，电磁感应定律的表达式为d edtdt(2-3)式中：N线圈的匝数，负号表明感应电势引起的电流总是企图阻止线圈中磁通 的变化，这一规律常称为楞次定则。电磁感应现象是磁场的重要性质

27、，它表明了电与磁的统一，在磁测量中有着广泛的 应用。此定理是应用冲击感应法解决 B。2.2静态磁材料的测量在磁测量中，首先应该按试品按照试品的几何尺寸进行简单的估算，并绕制磁化 线圈和测试线圈，然后在磁化线圈中输入磁化电流，将磁通表接至测试线圈两端进行 实验，当磁化电流逐步增加而磁通表的读数不变时，表明该磁化电流以使得磁材料达 到了磁饱和状态。在完成上述制作好试品的基础上，就可以进行退磁、磁锻和测试工 作。2.2.1退磁试品的退磁状态是指磁场强度 H和磁感应强度B同时等于零的状态。对于软磁试 品来说，只有在退磁的状态下，才会得到与试品所经历的磁化历史无关的真正磁特性。 在进行测量之前必须将试品

28、充分退磁，不完全退磁会给测量带来误差。退磁方法有热退磁、交流退磁和直流换向退磁三种。热退磁是将试品在高温炉中加 热到材料的居里点以上，然后在无外磁场、无机械作用的条件下，缓慢冷却至室温。 这种方法虽然操作过程麻烦，但可以获得完全的退磁效果。交流退磁是用降压设备来进行的，调节交流电压值产生所需要的退磁电流，再以足 够缓慢的速度将电压逐渐降到零。具体步骤是用一个螺管线圈，将试品放入，如图2-2 所示，调节自耦变压器T，从最大磁化电流I逐渐减小到零，这时试品的磁场强度逐渐 减小到零。或者磁化电流I固定不调，将试品从螺线管中取出，慢慢远离螺线管，其 退磁效果与调磁化电流是一样的。220vAR（限流）螺

29、管线圈W/UADOOOCXDOO样品图2-2交流退磁装置直流换向退磁（见图2-3）则是借助磁化电路中的换向开关来回改变磁化电流的方 向，并使磁化电流由某一最大值逐渐平稳的降到零。It图2-3退磁电流曲线三种方法各有特点，对于不同的材料可以采用不同的退磁方法。采用热退磁是最 完善的方法。然而，对通过磁场热处理而获得特定性能的试品或在加热过程中会产生 不可逆相变的试品不能采用热退磁，交流退磁的效果较好，退磁频率通常为工频，对 于高电阻率的铁氧体可以采用交流退磁。对于高电导的金属磁性材料宜采用直流换向 退磁，因为这些材料的涡流趋肤效应太强，用交流退磁可能造成不完善的退磁。本实 验采用直流换向退磁的方

30、法。2.2.2磁锻基本磁化曲线测量过程中，每给定一个磁化电流（磁场强度），需经电流反复换向 而使试品的磁感应强度处在该状态下的稳定的数值上，这种从开始磁化到形成稳定磁 滞回线的反复换向的操作过程称为磁锻 （或磁锻炼），一般约为10次左右。磁锻炼 过程试品两端电压波形如图2-4所示。图2-4磁锻炼过程试样两端电压波形2.3测量2.3.1基本磁化曲线测量基本磁化曲线采用冲击法逐点测试。选定一个磁化电流值，在完成退磁、充磁和 磁锻炼过程后，试品的磁化状态如图2-5所示。图2-5基本磁化曲线测试此时试品磁化后的磁化状态在 a点，当将磁化电流从Hm 0时，则试品的磁化状态由a变至b点，试品内部的磁感应强

31、度变化量为B；当磁化回路中电流从时，则磁化状态由b变至al点，在试品内部的磁感应强度变化量变为B2。由于磁滞回线是关于原点对称的，所以根据Bi和B2可求出Bm和Br，即BmBiB2(2-4)BrB2Bl(2-5)改变磁化电流的大小，反复完成退磁、充磁和磁锻炼的过程，可组成一簇磁滞回 线，按上述过程测得各个磁滞回线的顶点，将顶点连接即可得到基本磁化曲线。 2.3.2磁滞回线的测量磁滞回线测试采用冲击法逐点测试。在完成退磁、充磁和磁锻炼过程后，试品的 磁化状态如图2-6所示，要求此时磁滞回线的顶点的磁感应强度 Bm大于饱和磁感应强 度Bs。按基本磁化曲线测试方法的步骤先确定 Bm和Br的值。此时试

32、样的磁化状态在 a 点，当将磁化电流从Hm Hb时，试品中的磁化状态由a变至b点时，在试品内部的 磁感应强度变化量为 Bab Bm Bb，由此可推出Bb BmBab。当磁化回路中电流从0 -He时，磁化状态由d变至c点，在试品内部的磁感应强度变化量为Bdc Br Bc,由此可推出Be Br Bdc。由此就得到了磁滞回线上的磁场强度绝对值相等的两个点。 此时，应使试品的状态仍返回a点，改变b点的位置，再重复以上过程，反复逐点测 试磁滞回线上的各点，最后完成磁滞回线的上半支的测试，再以原点为对称点，画出 完整的磁滞回线。图2-6磁滞回线测试第3章静态磁测量的硬件系统 西安交通大学城市学院 本科毕业

33、设计 第3章静态磁测量的硬件系统设计3.1静态磁测量的硬件系统框图静态磁测量的硬件系统框图如图 3-1所示。它主要由磁化电路和测量两部分组 成。其中磁化电路由磁化电源、励磁线圈和可变电阻等组成，其作用是对试品进行 磁化，根据安培环路定理，磁化电流的大小与磁场强度成正比，因此由可变电阻获 取与电压成正比的电流信号提供给测试回路，从而可以算出H;测试线圈的感应电动势经波形变换、绝对值电路后，送入与单片机接口的A/D转换电路对信号进行采集；单片机的作用是将采集到的数据进行处理和输出显示。LCDN1N2A+5V波形变换电路绝对值电路DA/MCS-51串口键盘图3-1系统框图3.2单片机系统3.2.1单

34、片机系统及键盘单片机系统及键盘如图3-2所示。ISP为程序下载接口，其作用是将 PC机上调试 好的程序经编译后写入单片机内程序储存器中。/INTO所接按钮开关S11，其作用是按 下按钮开关启动A/D转换。+5VALEI-C3233pF+5VC3333pFXTALWRC3510ufS1644.SW-PBR3110KP1.5P1.6奔P1.7守dT*13INT0一T015+5V31CpXAL119XAL2RSTRD! P1.0(T2)(AD0)P0.0P1.1(T2EX)(AD1)P0.1P1.2(AD2)P0.2,P1.3(AD3)P0.3P1.4(AD4)P0.4P1.5(AD5)P0.5,P

35、1.6(AD6)P0.6P1.7(AD7)P0.7P3.3(INTTT(A8)P2.0P3.2(INT0T(A9)P2.1(A10)P2.2P3.5(T1)(A11)P2.3P3.4(T0)EA/VPPL XTAL1(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)P2.6(A15)P2.7,XTAL2VCCGNDRST(RXD)P3.0(TXD)P3.1,P3.7(RD)ALE/PRUGP3.6(WR)PSENU1421!418910AT89C52402039DOD1D2D3D4D5D6D7A8A9A10A11A12A13A14A15+5VRXDTXDALE+5V104C34(1)(2)图3-2

36、单片机系统及键盘(1)单片机系统(2)键盘OELEVCC,D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4.D5Q5D6Q6D7Q7,D8Q8GNDU12219567891210SN74HC573N34120AOA7322液晶显示接口LCM12864液晶模块的特点是：LCM12864显示内容128 64点阵，点大小0.48 0.48mm2，点间距0.04mm*显示类型：STN蓝白模式LED背光*工作电压：5V*控制器为KS0107芯片管脚与功能见表3-1表3-1液晶模块LCM12864管脚说明号 标引脚功能VSS1地VDD2逻辑部分电源VO3对比度调节R/S4指令/数据寄存器R/W5读写选择信号E6使能信号D

37、B0-DB77-14数据线0-7CS115左半屏片选信号CS216右半屏片选信号/RST17复位信号Vout18负电源输出A19背光正极K20背光负极液晶模块的读写时序液晶模块的读写时序如图3-3所示tas140nstah1nstwhe 450nstdsw 200ns图3-3液晶模块的写时序E为使能信号，高电平有效，在 E的下降沿锁存数据液晶显示与单片机接口如图3-4所示，+5VCR110K+5VTR2110K3A75D07D29D411D613A51517191+5V -VSSVDDVORS.R/WE,DB0DB1 DB2DB3 DB4DB5 DB6DB7CS1CS2 RSTVOUTAKLC

38、D18D110D312D514D716A6182024 A86U2ASN74HC02N“ C10*T10ufT图3-4液晶显示接口图中：电位器CR1用来调节对比度；DB0-DB7为8位数据线，与AT89C52的 P0.0 P0.7相连；CS1为左半屏片选信号，CS2为右半屏片选信号；A14和/WR通过或非门 接入液晶显示的的使能端；A7接至液晶显示器的R/W端; A8接至液晶显示的指令/数 据寄存器(R/S端)。3.2.3单片机与PC机的串行接口与PC机的串行接口如图3-5所示，在本设计中为了在必要时采用将测试到的数据传入到PC机中，直接通过PC机进行数据处理和显示。在本设计中仅将接口电路给出

39、以备用图中：在MAX232EJE芯片中包含有两套相同的收发电平转换通道，本设计仅用了通道1，MCS-51的TXD端截至芯片的T1IN端，芯片的T10UT端接PC机的接插 件；RXD截至芯片的R10UT，芯片的R1IN接PC机的接插件；接插件的 GND接至 芯片的GND。图中四个电容是为了增强抗干扰能力。3.3励磁电流的给定和磁感应强度的测量电路设计3.3.1磁化电流的给定设计磁化电流的给定电路设计如图 3-6所示，图中由5V恒压源通过双向开关接通可变 电阻和励磁线圈回路，获得励磁电流。可变电阻由开关短路改变其回路阻值决定，所以各挡励磁电路恒定，因此就可以将 各档所对应的恒定电流值直接存入储存器

40、中，而不必用A/D转换实测。本文中采用将事先测试好的磁化电流值直接以常数的形式存入储存器中以备数据处理之用。试品经测试可知：在N1=1匝时，磁化电流达到40A时，磁场可达到饱和。所以当 磁化线圈绕120匝时，磁化电流为0.33A，选取磁化电流为0.35A。为了方便操作，采 用+5V的稳压源配合开关控制下的九个串联电阻分档实现磁化电流的给定见表 3-2。图3-6静态磁测量的测量电路设计表3-2开关控制下的磁化电流的给定开关状态闭合时 对应电阻被短路串联电阻值（欧姆）磁化电流的值 （毫安）S1-S9全部闭合14350S1断开，S2-S9闭合17300S1-S2断开，S3-S9闭合20250S1-S

41、3断开，S4-S9闭合23210S1-S4断开，S5-S9闭合31160S1-S5断开，S6-S9闭合38130S1-S6断开，S7-S9闭合50100S1-S7断开，S8-S9闭合7170S1-S8断开，S9闭合12540S1-S9断开25020注：表中选用的电阻是标称值且有一定的误差，表中电流为实测电流。3.3.2 磁感应强度B的测量电路设计磁感应强度B的测量原理框图如图3-7所示，该电路由测试线圈、波形变换电路、 绝对值电路、A/D转换电路组成，现分别介绍如下图3-7磁感应强度B的测量原理框图磁感应强度B的测量电路设计如图3-8所示图3-8磁感应强度B的测量电路（1）波形变换电路在励磁电

42、流固定的条件下，将开关S15断开时，测试线圈将会产生一个感应电动势， 由于感应电动势是陡峭的冲击电压，如果后面直接经放大电路放大，将会由于放大器 的带宽所限会产生较大的误差，所以通常在放大器前接入 RC 平滑滤波电路将陡峭的冲 击电压变为缓慢的电压。如图3-8中的R23和C20所示。图中R选用100k，电容C选 用50卩F。这里要注意电容必须是耐压高的无感电容， 为此本设计中选用漏电流小的聚苯乙烯电容。由于聚苯乙烯电容目前在市场上最大容量为4.7卩F,所以在本设计中采Vin用十个电容并接的方式来实现近视等于50卩F。该波形变换电路如图3-9所示u（t）100K图3-9波形变换电路该电路理论推导

43、如下:u(t)A-(1et/RC)(0 t)(3-1 )u(t)A et/RC(e/RC 1)(t)(3-2)UmA(1Ae RC)A(1RCRC”)RC,(：=RC)(3-3)经波形变换电路前后的波形如图 3-10所示t图3-10经波形变换电路前后的波形绝对值电路在本论文中，根据测试精度，选择 A/D转换器为0809采用单极性转换应具有8位 的精度。所以要求只有大于零的输入信号A/D才能转换。而在磁化电流给定中，由 5V恒压源通过双向开关接通可变电阻和励磁线圈回路，获得励磁电流。当双向开关向上 接通时，测试回路的感应电压为正极性；反之当双向开关向下接通时，测试回路的感 应电压为负极性，所以在

44、 A/D转换电路前必须加绝对值电路。绝对值电路也称为精密 减流电路。绝对值电路如图3-11所示。图3-11绝对值电路该电路的工作原理是：当测试线圈输出为正向阶跃脉冲时，经波形变换后的信号 也为正，D2截止，信号经接入U2同相端的R4输入，使输出Vo为正；当测试线圈输出 为负向阶跃脉冲时，经波形变换后的信号也为负，D2导通，信号直接从U2的同相端输入，所以Vo仍然为正。所以该电路实现了不论输入是正或负，输出都为正的功能。 绝对值电路的输入输出之间的波形如图 3-12所示。图3-12绝对值电路对波形的作用A/D转换电路由前述可知：当励磁回路给定某一磁化电流的情况下，突然断开使磁感应回路中 的测试线

45、圈产生一个冲击电压（感应电动势）经积分电路缓冲、绝对值电路经放大和 数据采集送入单片机进行处理。本设计中采用8位的A/D转换芯片0809,参考电压为5V,他与单片机的接口如图3-13所示A15图3-13 A/D转换电路第4章静态磁测量的软件系统设计 西安交通大学城市学院 本科毕业设计 第4章静态磁测量的软件系统设计4.1系统软件主程序框图如图4-1a所示，初始化程序包括液晶显示器和定时计数器TO的初始化。中断服务程序流程图如图4-1b所示，实现启动A/D转换、数据处理和输出显示。4-1a 主程序流程图4-1b中断服务程序流程图图4-1程序流程图4.2主程序清单#in elude #in elu

46、de #in elude #in elude vintrin s.h#in elude typedef un sig ned char uin t8; typedef un sig ned intuin t16;typedef long un sig ned intuin t32;#defi ne LCM_DISPON*/0 x3f /*打开LCM显示#defi ne LCM_STARTROW(x64)*/#defi ne LCM_ADDRSTRX 前页(即 X)。 (x8) */#defi ne LCM_ADDRSTRY前列(即 Y)。(x64)*/#defi ne LcdComA X BY

47、TE0 x8020X BYTE0 x8040OxcO /*0 xb80 x40/*/#defi ne LcdComB*/#define LcdComAll*/#defi ne LcdWDataA*/#defi ne LcdWDataB*/#define LcdDataAll*/#defi ne INO/*XBYTE0 x8060XBYTE0 x8120XBYTE0 x8140XBYTE0 x8160XBYTE0X7FF8显示起始行0，可以用/*页起始地址，/*列起始地址，左半屏控制端口右半屏控制端口/*全屏控制端口/*左半屏数据端口/*右半屏数据端口/*全屏数据端口LCM_STARTROW+x

48、 设置起始行。可以用LCM_ADDRSTRX+x 设置当可以用LCM_ADDRSTRY+x 设置当uin t16 n1, n2, n 3, n4, n5, n6; uin t32 coun t=0, sum=0;char idata ad;uint8 xdata *ad_adr;float result;un sig ned char code ci=/*源文件/文字：磁宽x高(像素)：16X 16字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/32字节数据转换日期：2008-6-11 10:47:04*/0 x00,0 x82,0 x7F,0 xE2,0 x10,0 x5E,0 x10

49、,0 x42,0 x1F,0 xC2,0 x32,0 x0A,0 x2B,0 x08,0 x26,0 xC9, 0 x2A,0 x3E,0 x71,0 x0A,0 x32,0 x08,0 x2B,0 x8C,0 x26,0 x7A,0 x2A,0 x09,0 x71,0 x08,0 x00,0 x00 ;un sig ned char code gan =/*源文件/文字：感宽x高（像素）：16X 16字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/32字节数据转换日期：2008-6-11 10:47:46*/ 0 x04,0 x00,0 x43,0 x00,0 x70,0 xFC,0

50、x00,0 x14,0 x39,0 xD4,0 x41,0 x54,0 x41,0 x54,0 x49,0 xD4, 0 x50,0 x04,0 x42,0 x3F,0 x41,0 xC4,0 x61,0 x45,0 x0A,0 x36,0 x34,0 x04,0 x27,0 x00,0 x00,0 x00 ；unsigned char code ying=/*源文件/文字：应宽x高（像素）：16X 16字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/32字节数据转换日期：2008-6-11 10:48:07*/ 0 x40,0 x00,0 x38,0 x00,0 x07,0 xFC,0

51、 x20,0 x44,0 x20,0 x84,0 x2F,0 x04,0 x24,0 x14,0 x20,0 x25, 0 x23,0 xC6,0 x30,0 x84,0 x2C,0 x04,0 x23,0 x04,0 x20,0 xE4,0 x20,0 x44,0 x20,0 x00,0 x00,0 x00 ;un sig ned char code qia ng=/*源文件/文字：强宽x高（像素）：16X 16字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/32字节数据转换日期：2008-6-11 10:48:27*/ 0 x00,0 x00,0 x01,0 xF2,0 x41,0

52、x12,0 x81,0 x12,0 x7F,0 x1E,0 x00,0 x00,0 x87,0 xC0,0 x84,0 x5E, 0 x84,0 x52,0 xFF,0 xF2,0 x44,0 x52,0 x44,0 x52,0 x54,0 x5E,0 xE7,0 xC0,0 x40,0 x00,0 x00,0 x00 ;un sig ned char code du=/*源文件/文字：度宽x高（像素）：16X 16字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/32字节数据转换日期：2008-6-11 10:48:47*/ 0 x80,0 x00,0 x60,0 x00,0 x1F,0

53、 xFC,0 x80,0 x04,0 x80,0 x24,0 x42,0 x24,0 x46,0 xFC,0 x2A,0 xA5, 0 x12,0 xA6,0 x12,0 xA4,0 x2A,0 xFC,0 x26,0 x24,0 x42,0 x24,0 xC0,0 x24,0 x40,0 x04,0 x00,0 x00 ;un sig ned char code b=/*源文件/文字：B宽x高（像素）：16X 8第4章静态磁测量的软件系统设计 第4章静态磁测量的软件系统设计 #西安交通大学城市学院 本科毕业设计 字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/16字节数据转换日期：20

54、08-6-11 10:49:05*/0 x20,0 x08,0 x3F,0 xF8,0 x20,0 x88,0 x20,0 x88,0 x20,0 x88,0 x11,0 x70,0 x0E,0 x00,0 x00,0 x00； un sig ned char code COLON=/*源文件/文字：宽x高(像素)：16X 8字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/16字节数据转换日期：2008-6-7 21:33:36*/0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x30,0 xC0,0 x30,0 xC0,0 x00,0 x00,0 x00,0

55、 x00,0 x00,0 x00 ;un sig ned char code FU=/*源文件/文字：.宽x高(像素)：16X 8字模格式/大小：单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序/16字节数据转换日期 ：2008-6-7 22:31:20 */ 0 x00,0 x00,0 x30,0 x00,0 x30,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00 ;/* 19的字模*/unsigned char code ledkey1016= TOC o 1-5 h z 0 x00,0 x00,0 x07,0 xF0

56、,0 x08,0 x08,0 x10,0 x04,0 x10,0 x04,0 x08,0 x08,0 x07,0 xF0,0 x00,0 x00,/00 x00,0 x00,0 x20,0 x10,0 x20,0 x10,0 x3F,0 xF8,0 x20,0 x00,0 x20,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,/10 x00,0 x00,0 x30,0 x70,0 x28,0 x08,0 x24,0 x08,0 x22,0 x08,0 x21,0 x88,0 x30,0 x70,0 x00,0 x00,/20 x00,0 x00,0 x18,0 x30,0 x20

57、,0 x08,0 x20,0 x88,0 x20,0 x88,0 x11,0 x48,0 x0E,0 x30,0 x00,0 x00,/30 x00,0 x00,0 x07,0 x00,0 x04,0 xC0,0 x24,0 x20,0 x24,0 x10,0 x3F,0 xF8,0 x24,0 x00,0 x00,0 x00,/40 x00,0 x00,0 x19,0 xF8,0 x21,0 x08,0 x20,0 x88,0 x20,0 x88,0 x11,0 x08,0 x0E,0 x08,0 x00,0 x00,/50 x00,0 x00,0 x0F,0 xE0,0 x11,0 x10

58、,0 x20,0 x88,0 x20,0 x88,0 x11,0 x18,0 x0E,0 x00,0 x00,0 x00,/60 x00,0 x00,0 x00,0 x38,0 x00,0 x08,0 x3F,0 x08,0 x00,0 xC8,0 x00,0 x38,0 x00,0 x08,0 x00,0 x00,/70 x00,0 x00,0 x1C,0 x70,0 x22,0 x88,0 x21,0 x08,0 x21,0 x08,0 x22,0 x88,0 x1C,0 x70,0 x00,0 x00,/80 x00,0 x00,0 x00,0 xE0,0 x31,0 x10,0 x22

59、,0 x08,0 x22,0 x08,0 x11,0 x10,0 x0F,0 xE0,0 x00,0 x00/9;/*延时子程序*/ void delay( uin t16 time)while(time-);/*液晶初始化*/void LCM_Displ ni( void) -LcdComAll = LCM_DISPON; delay(50);LcdComAll = LCM_STARTROW; delay(50);LcdComAll = LCM_ADDRSTRX; delay(50);LcdComAll = LCM_ADDRSTRY; delay(50);/*全屏填充*/void LCM_D

60、ispFill(uint8 filldata)ui nt8 x,y;LcdComAll = LCM_STARTROW; delay(50);for(x=0;x8;x+)LcdComAll = LCM_ADDRSTRX + x; delay(50);LcdComAll = LCM_ADDRSTRY; delay(50);for(y=0;y 3;if(x64)第4章静态磁测量的软件系统设计 第4章静态磁测量的软件系统设计 #西安交通大学城市学院 本科毕业设计TH0=0 xfc; LcdComA = LCM_ADDRSTRY + x; delay(50);LcdComA = LCM_ADDRSTRX