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1、摘 要家庭和实验室中各种对电压要求比较高的电器和设备，在电压产生过高或者过低的波动时会产生误差或者损坏，此时必须对电压进行实时的在线监测。本系统采用凌阳SPCE061A单片机作为核心控制器件来控制的电压采集系统。利用霍尔电压传感器来对220伏，50赫兹的电压信号进行数据采集。经电压调理电路的调理和滤波器的滤波得到适合单片机的直流电压信号，进行采样信号的分析和处理，并与设定的基准值相比较，对其结果用LED实时输出。本设计涉及语言学、计算机科学、信号处理、模/数电转换等诸多领域，在煤矿、生产制造都可广泛运用，该技术有非常广阔的应用前景。关键词：单片机，波动，监测，数据采集，滤波AbstractTh
2、is design is based on acquisition system with microprocessor controlled voltage. Home and laboratory on the voltage requirements of various electrical appliances and equipment relatively high, too high or too low in voltage fluctuations generated when errors or damaged, it is essential for real-time
3、 monitoring of voltage. The system uses Sunplus SPCE061A MCU as the core control device, using Hall voltage sensor on 220 volts, 50 Hz voltage signal data acquisition. The conditioning circuit filter conditioning and filtering by taking into account wave devices for single chip DC voltage signal, sa
4、mpled signal analysis and processing, and with the reference value set by comparing its results with real-time LED output. The design involves linguistics, computer science, signal processing, analog / digital power conversion and many other fields, in coal mines, production can be widely used, the
5、technology has very broad application prospects.Key word: SCM , volatility , monitoring , data collection , filtering 目录1 绪论11.1 电压数据采集的现状11.2 电压数据采集的基本原理11.3 本系统设计的目的21.4 本系统完成的功能32 模块特性介绍52.1 SPCE061A模块的介绍62.2 SPCE061A单片机的介绍83 系统的硬件设计153.1电压传感器的选择和设计153.2 调理电路的设计173.3 二阶滤波器的原理及设计193.4 采样的方式和原理213.
6、5 整个电路的绘制224 系统软件的设计254.1 编程语言的选择254.2 编程环境的介绍264.3 系统的程序285 采集系统调试与运行结果分析325.1 数据采集系统硬件的调试325.2 系统测试时出现的问题及解决方法335.3 小结33参考文献34致 谢351 绪论随着科学技术的飞速发展，对数据处理的实时性要求也愈来愈迫切。显然，不论在哪个应用领域中，数据处理越及时则经济效益就越大。例如在实时监控系统中，必然要求对测量数据实时处理。又如在新型飞机试飞中如能实现对某些关键数据的实时处理和监测，就能在这些数据发生异常变化时及时发现并采取措施，以避免机毁人亡的重大事故发生。可见，实时处理数据
7、意义是很大的。由于电子计算机技术和大规模集成电路技术的蓬勃发展，为提高数据处理的实时性提供了广阔的前景1。1.1 电压数据采集的现状随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制和科学研究中己成为必不可少的部分。数据采集经过几十年的发展，已经成为一门很成熟的技术。但国内对电压在线监测装置的研究和开发起步较晚，大约20世纪90年代才逐渐开始，但其发展速度很快。数据采集系统是一种应用极为广泛的模拟量测量设备，其基本任务是把信号送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同的需要进行相应的计算和处理。它将模拟量采集、转换成数字量后，再经过计算机处理得出所需的数据。同时，还可以用计算机将得到
8、的数据进行储存、显示和打印，以实现对某些物理量的监视。在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被采集量，其中电压量的采集最为经常。电压的采集方法可以将一些处理模拟量的问题转化为处理数字量的问题。现代数字逻辑电路集成度越来越高，不仅有利于电网电压采集的小型化，更可贵的是能够提高可靠性。电网数据的采集从最早的指针式仪表，如模拟万用表、电压表、电流表等，这些仪器仪表的基本结构是电磁式、电动式、感应式、静电式、电热式等，由于这类仪表本身的机械结构和电磁结构的不稳定性和复杂性，一般精度较低，稳定性较差，应用场合有一定的局限性，但由于它的原理简单、坚固耐用、容易生产、成本低，因而目前还在被广泛使用。
9、随着单片机的出现和广泛应用，国外生产和制造仪器的各大公司纷纷把它用于测量仪器中，产生了仪器发展中的一次革命，研制出了各种智能仪器，由模拟电子线路实现仪器的信号测量，并由微处理器来增加仪器的功能，简化仪器结构。这类仪表的基本原理是将被测量的模拟信号通过电子线路转变为数字信号，进行计算并显示出来。这类仪器同指针式仪器相比较精度有了很大的提高，能直观读取测量结果，而且可靠性高，易于使用2。1.2 电压数据采集的基本原理数据采集一般主要完成两部分的工作:一是信号的采样，主要由采样/保持电路完成；二是采样值的量化，主要由A/D变换器完成。现在A/D的集成化很高，很多都内置了采样/保持放大器和电压参考源等
10、单元电路，为应用的简化提供了方便。模拟信号经过前置放大器放大后进入采集系统，先经过信号调理电路进行信号的放大、滤波、使信号的带宽限制在需要的范围内，并使信号的幅度与A/D的量程相匹配。经过以上处理后，信号被送入采样保持器进行采样，然后被模数转换器进行量化，量化后的数据被送入存储器进行存储或者以供处理。由电压传感器输出的信号是一个连续的模拟信号，要通过数据采集系统变换为单片机能够处理的信号。数据采集部分是整个测量部分的核心。它的整体设计和实现都要紧紧围绕着被测信号来考虑。根据采样定理，如果采样频率不够高，输入信号将会产生混叠现象，采样得到的数据将不能完全恢复出原始信号。为了能够恢复出原始信号，采
11、样频率必须大于信号频率的至少两倍，一般工程上要求采样频率要比信号频率高45倍。也就是说，在被测信号经过前向通道降低为合适的电平被数据采集装置采集之后，转化的结果能否最大限度的逼近真实信号，取决于数据采集装置的采样速度。采集速度主要由数据采集装置的单片机的A/D转化系统决定。电压模拟信号进入数据采集部分后，先通过采样/保持器，再进行A/D转换。A/D转换器完成一次转换需要一定的时间，在这段时间内希望A/D转换器输入端的模拟信号电压保持不变，以保证有较高的转换精度，采样/保持器的引入，大大提高了数据采集系统的采样频率。A/D转换所得的数据写入A/D转换器的输出寄存器，然后比较电路或软件计算程序，从
12、输出寄存器中提取数据，与基准值进行比较，做出预期的判断3。1.3 本系统设计的目的在家庭电压波动对要求高的电器是一种考验，往往使其不能正常工作，导致电器的寿命下降甚至烧掉，造成不必要的损失。在社会生产领域，高科技孕育大量电子企业，其生产往往伴随着大量精密电子控制系统的广泛使用，同样参与生产的过程控制装置PLC 、工业机器人等都是对电压波动十分敏感的负荷，表1-1详细列举了电压波动给各种敏感设备带来的不良影响。表1-1 电压波动对一些设备的影响(以电压额定值的100%为标准)设备名电压波动造成的影响某公司芯片测试仪当电压低于85 %，芯片被毁，测试仪停止工作，内部电子电路主板故障。可编程控制器（
13、PLC）当电压低于80%时，PLC停止工作，一些I/O设备，当电压低于90%，持续几个周波就会被切除。精密机械工具由机器人控制的精密加工机械，为保证产品的质量和安全，工作电压门槛值一般设为90%，当电压低于此值，持续 23 个周波时跳闸。调速驱动器(ASD)当电压低于70%，持续时间超过6 个周波时，ASD被切除；而对于一些精细加工工业中的电机，当电压低于90%，持续时间超过3个周波时，电机会被跳闸而退出运行。交流接触器有报告表明当电压低于50%，持续时间超过1个周波，接触器就会脱扣；也有报告表明当电压低于70%甚至更高，接触器就会脱扣。计算机当电压低于60%，持续12个周波时，计算工作将受到
14、影响。直流电机当电压低于80%时，直流电机被跳闸。在现代工业中，广泛应用着这些设备，任一设备的作业中断都将可能导致整个流水线、甚至全厂作业的中断，造成的损失非常巨大，因此工业用户对供电质量的要求比其中单个敏感用电设备更高。尤其是当今个人计算机的应用十分普遍，当电压下降到额定值的60%及以下时，可能造成计算机程序紊乱，数据丢失。这也就是一些重要的计算机设备都要装配不停电电源（UPS）的原因。同样，对基于单片机原理的数控设备、复印机、银行自动提款机等都会遇到类似的问题。由于家庭电压时常出现波动，就需要监测电压是否在正常范围内，起到一个报警的作用。所以本课题要设计一个采集家庭电网电压为220V，采样
15、频率为50Hz的电压信号。此系统运用电压传感器采集一路电压信号，经调理电路的调理和滤波器的滤波将电压转化成单片机能够接受的直流电压信号，通过数据处理后与设定值的比较，报告电压的正常与否，图1-1是系统设计的基本流程。图1-1 电压采集系统的基本流程1.4 本系统完成的功能系统整体硬件设计如图2-2所示，整个系统以SPCE061A为核心，前向通道包括传感器及其信号采集电路，按键输入电路；后向通道包括：LED显示电路。SPCE061A内部有 8路10位精度的 A/D转换器，可以直接将信号输入其 A/D转换通道。由于启动按钮电路和LED灯显示电路都是61板自带功能，所以本设计的任务主要是电压传感器的
16、设计、调理电路得设计和二阶滤波器的设计，同时还有软件方面完成对于数据采集和A/D转换的功能。图1-2 系统功能图2 模块特性介绍电压数据采集的硬件主要以电压传感器的设计，调理电路的设计和二阶滤波电路的设计，其核心控制原件为SPCE061A单片机为主控制的61板,其电路原理图和电路实物图如下所示4。图2-1 61板原理图图2-2 61板实物图2.1 SPCE061A模块的介绍2.2.1 61板的结构和功能SPCE061A是一款16位结构的微控制器5，图2-3是它的结构概览： 图2-3 SPCE061A的结构概览图SPCE061A主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、数/模转换、模/数转换、串行
17、设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，并且内置在线仿真电路ICE接口，较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。SPCE061A单片机应用领域非常广泛，例如应用在家用电器控制器、工业控制制、通信产品、医疗设备以及电子书籍等诸多方面。61板的核心是凌阳16位单片机SPCE061A，封装形式为PLCC84，各引脚功能可以参见附件中的SPCE061A原理图6。图2-4 61板的接口图输入/输出（I/O）接口 61板将SPCE061A的32个I/O口全部引出：IOA0IOA15，IOB0IOB15，对应的SPCE061A引脚为：A口，4148、53、5460；B口，51、817
18、6、6864。而且该I/O口是可编程的，即可以设置为输入或输出：设置为输入时，分为悬浮输入或非悬浮输入，非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入；在5V情况下，上拉电阻为150K，下拉电阻为110K；设置为输出时，可以选择同相输出或者反相输出。61板具有强大的语音处理功能，如图1.3所示，X1是语音的MIC输入端，自带自动增益（AGC）控制，J3是语音输出接口，一个2pin的插针外接喇叭，由DAC输出引脚21或22经语音集成放大器SPY0030A放大，然后输出，SPY0030A是凌阳的一款芯片，功能相当于LM386，但是比LM386音质好，它可以工作在2.46.0V范围内，最大输出功率可达7
19、00mW（LM386必须工作在4V以上，而且功率只有100mW）。图中J10是电源接口，61板的内核SPCE061A电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以，在板子上具有两种工作电压：5V和3.3V。对应的引脚中15、36和7必须为3.3V，对于I/O端口的电压51、52、75可以为3.3V也可以是5V，这两种电平的选择通过跳线J5来选择。61板的供电电源系统采用用户多种选择方式：（1）5V供电用户可以用3节电池来供电，5V直流电压直接通过SPY0029（相当于一般3.3V稳压器）稳压到3.3V，为整个61板提供了5V和3.3V两种电平的电压。另外也可以直接外
20、接5V的直流稳压源供电，5V电压再通过SPY0029稳压到3.3V。（2）3.3V供电用户可以提供直流3.3V电压为实验板进行供电，此时整个板子只有3.3V电压，I/O端口电压此时只有一种选择。2.2 SPCE061A单片机的介绍SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存FLASH ROM。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相同，以nSP为核心的SPCE
21、061A微控制器也适用在数字语音识别应用领域。 SPCE061A在2.6V3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2K字SRAM和32K字闪存ROM仅占一页存储空间，32位可编程的多功能I/O端口；两个16位定时器/计数器；32768Hz实时时钟；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位DAC方式的音频输出功能。SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种最经济的应用7。 2.2.1 SPCE061A的性能特点SPCE061A主要有以下性能特点：116位nS
22、P微处理器；2CPU时钟：0.32MHz-49.152MHz；3工作电压：3.0V-3.6V；4编程Flash工作电压：3.0V-3.6V；5IO口AB工作电压：3.0V-5.5V；6内置32K 闪存ROM；7内置2K字SRAM；8可编程音频处理；9晶体谐振器；10待机模式（时钟停止模式节省功耗），最大：2.0A3.6V；112个16位定时器/计数器；12两个10位DAC输出通道；1332位通用的I/O（位可编程）；1414个中断源和2个优先级；15关键唤醒功能（IOA0-7）；16能容纳210秒的语音数据，音频编码为2.4Kbit /每秒的SACM_S240；17锁相环PLL的系统时钟功能；
23、1832768Hz实时时钟（RTC）；198通道10位AD转换器；20ADC的外部参考电压；212.0V电压调节器输出，驱动能力为5mA；22串行接口I/O（SIO）；23内置麦克风放大器和AGC功能；24UART接收器和发送器（全双工）；25低电压复位及低电压检测；26看门狗使能（键选择）；27ICE作用发展和减少内存加载到Flash；28安全功能，以保护代码进行读写。2.2.2 SPCE061A管脚排列和说明图2-5 SPCE061A LQFP80封装引脚排列图表2-1 管脚描述表管脚名称管脚名称 管脚编号类型描述IOA15:8IOA7:046-3934-27I/OI/OIOA15:8：双
24、向I/O端口IOA7:0：可以编程的唤醒I/O引脚IOA 6:0 ：可以作为选配的ADC线在输入IOB15:11IOB 10IOB 9IOB 8IOB 7IOB 6IOB 5IOB 4IOB 3IOB 2IOB 1IOB 050-545758596061626364656667I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OIOB 15:11: 双向I / O端口IOB10可以选择为异步传输器（TX）IOB9可以多占空比的TimerB（BPWMO）周期输出IOB8可以多占空比的TimerB（BPWMO）周期输出IOB7可以选择为UART接收器（Rx）IOB6是一个双向I
25、/O端口IOB5可以选择作为反馈信号的EXT2IOB4可以选择作为反馈信号的EXT1IOB3可以选择作为外部中断输入引脚（EXT2）（负缘触发）IOB2可以选择作为外部中断输入引脚（EXT1）（负缘触发）。IOB1可以选择作为一个串行接口数据（SDA）IOB0可以选择作为一个串行接口时钟（SCK）DAC112O音频DAC1输出DAC213O音频DAC2输出X32I2I晶体振荡器输入X32O1O晶体振荡器输出VCOIN70IRC电路的PLL滤波器连接AGC16IAGC控制引脚MICN19I差分麦克风输入（负）MICP21I差分麦克风输入（正）V2VREF14O2.0V的输出电压，驾驭能力（5.0
26、毫安可作为外部ADC Line_IN顶部参考电压）MICOUT18O麦克风第一放大器输出OPI17I麦克风第二放大器输出VEXTREF23IADC Line_IN顶部外部参考电压输入引脚VMIC25O麦克风电源VADREF22OAD参考电压（AD转换器由内部产生）VDD5,69I逻辑正电源VSS10,26,71I接地参考的逻辑和I/O引脚VDDIO37,38,56I正的I/O输出脚VSSIO35,36,48I参考接地I/O引脚AVDD24I正向传输的模拟电路包括ADC，DAC和2.0V的稳压器AVSS15I模拟电路的参考接地包括ADC，DAC和2.0V的稳压器RESET68I芯片低有效复位SL
27、EEP49睡眠模式（高电平有效）ICE7IICE使能（高电平有效）ICECLK8IICE串行接口时钟ICESDA9I/OICE串行接口数据TEST3I连接到高测试模式，通常与连接至GND（测试模式禁用）无关ROMT47I快闪记忆体测试，通常无关N/C55I不使用N/C4I请勿粘合和连接此脚，如果用户绑定此脚IC将无法工作WDGOPT*6I关连看门狗禁用高，无关的看门狗启用PFUSE,PVIN20,11I安全使用保险丝2.2.3 SPCE061A系统的特性参数SPCE061A系统的特性参数如表所示8：表2-2 SPCE061A系统的特性参数特性参数SPCE061A工作电压2.6-3.6V最大工作
28、速率49.152MHzCPU16位nSPSRAM容量2K字ROM容量（字）32K闪存ROM并行I/O端口AIOA15-0并行I/O端口BIOB15-0音频输出方式DACx2中断源TimerA/B时基信号发生器外部中断触键唤醒唤醒源IOA7-0其他中断源定时器/计数器双16位加计数定时器/计数器双通道PWM输出UART具备ADC7通道10位电压模-数转换器（ADC）和单通道声音模-数转换器（ADC）串行SRAM接口具备（凌阳格式）晶振具备低电压复位具备低电压监测具备内置ICE接口具备上电复位具备麦克风放大器和自动增益控制单通道节电功能具备中断控制功能具备触键唤醒功能具备2.2.4 SPCE061
29、A功能说明（1）处理器SPCE061A配备了凌阳科技开发的最新的16位微处理器nSP。8个寄存器参与nSP：R1- R4的（通用寄存器），PC（程序计数器），SP（堆栈指针），基本指针（BP）和SR（段寄存器）。该中断包括三个FIQs（快速中断请求）和8个IRQ（中断请求），以及一个软件中断。此外，高性能的硬件乘法器和FIR滤波器的能力以减少软件乘法加载9。（2）内存a静态存储器拥有2K字的SRAM（包括堆栈区），访问两个CPU时钟周期的速度介于$0000到$07FF。b闪存快闪记忆体（$008000$00FFFF）是一种高速记忆体，是访问两个CPU时钟周期的速度。使用IDE工具完成闪存擦除和
30、程序的功能。（3） 锁相环，时钟，电源模式aPLL（锁相环）PLL的目的是提供一个基本频率（32768Hz）和抽取频率20.48MHz到49.152MHz系统时钟（振荡频率）。默认锁相环频率为24.576MHz。b系统时钟基本上，系统时钟是由PLL和程序由Port_SystemClock（W）来确定时钟频率系统。如果没有指定，默认的系统时钟振荡频率= 24.576MHz的和八分之一的CPU时钟振荡频率。最初八分之一的CPU时钟振荡频率后，系统醒来并调整到所需的CPU时钟的编程Port_SystemClock（W）。这避免了闪存ROM读取失败时系统醒来。c32768Hz实时时钟实时时钟（RTC）
31、通常用于手表，时钟或其他相关产品的时间。加载在SPCE061A的一个2Hz-时钟（1/2秒）函数。RTC的计数时间以及醒来时，CPU最高时钟发生。是由于时钟产生的每0.5秒，时间可追溯这些数字对RTC的发生。此外，SPCE061A的支持32768Hz振荡器模式和强大的auto_weak模式。在强大的模式，32768Hz振荡始终运行在最高功耗。但是，在auto_weak模式，它运行的第一个750强模式秒和更改回自动模式auto_weak保存的权力。（4）功率节省模式该SPCE061A的还提供了省电模式（待机模式）用于低功耗应用的需求。要进入待机模式下，所需的键唤醒端口（IOA 7:0）必须被配置
32、为输入的第一个。和阅读Port_IOA_Latch（R）的锁存IOA前的状态进入待机模式。还记得让对应的中断源（s）为唤醒。在此之后，CPU时钟停止时钟寄存器（b0b2的Port_SystemClock（W）进入待机模式。在这种模式下，静态存储器和I/O留在CPU的到以前的状态正唤醒。在SPCE061A的该唤醒来源包括港口IOA7-0和IRQ1-IRQ6。随着SPCE061A唤醒后，该组继续执行程序。程序员也可以启用或禁用32768Hz振荡时的CPU处于待机模式10。（5）低电压检测和低电压复位a低电压检测（LVD）认证有两个电压级别选择：为2.9V和3.3V。这些都可通过Port_LVD_C
33、trl（W）进行控制。假设VLVD=2.9V。当电压下降2.9V以下，那么对Port_LVD_Ctrl b15读数就高。在这种状态，可以设计程序以应对这种情况。b低电压复位除了低电压检测，SPCE061A的另一个重要的功能是低电压复位（LVR）。那么有了LVR功能，电压下降为低于2.3V时会在连续4个时钟周期后产生一个复位信号完成复位系统的操作。无LVR，故障时CPU变得不稳定，工作电压下降为2.3V以下。（6）中断SPCE061A有14个中断源，分为两种类型，FIQ（快速中断请求）和IRQ（中断请求）。 FIQ的优先权高于IRQ。FIQ是高优先级中断而IRQ是低优先级之一。一个IRQ，可以通
34、过FIQ中断，而不是通过其他的IRQ。一个FIQ不能中断任何其他中断源。表2-3 SPCE061A的中断源中断源中断优先级优先级Fosc/1024溢出信号FIQ/IRQ0高Timer A溢出信号FIQ/IRQ1高Timer B溢出信号FIQ/IRQ2高外部时钟源输入信号EXT2IRQ3低外部时钟源输入信号EXT1IRQ3低触键唤醒信号IRQ3低4096Hz时基信号IRQ4低2048Hz时基信号IRQ4低1024Hz时基信号IRQ4低4Hz时基信号IRQ5低2Hz时基信号IRQ5低频选信号TMB1IRQ6低频选信号TMB2IRQ6低UART传输中断IRQ7低（7）输入/输出端口SPCE061A内
35、置的两个I/O端口，A口和B口。A口具有普通的I/O可编程唤醒功能。除了定期的IO功能，B口还可以执行某些引脚的一些特殊功能。假设工作电压在3.6V运行（VDD）和VDDIO（用于I/O电源）从至3.6V（VDD）至5.5V。在这种情况下，I/O板是从0V通过VDDIO控制的。然而IOB13和IOB14操作建议在待机状态=3.6V的模式，否则这两个内部端口会漏电。虽然数据可以从不同的地方写入相同的寄存器通过Port_Data和Port_Buffer，缓冲区（R）和数据（R）。IOA 7:0是关键唤醒端口。要激活键唤醒功能，闩锁PORT_IOA_Latch是数据使唤醒功能的关键。唤醒时，就会触发
36、该门的状态在不同的时间锁定。除了一个普通的I/O端口，PORTB的带有一些特殊功能。PORTB的一些特殊功能的摘要列举如下：表2-4 B口的特殊功能端口B特殊功能功能说明标注IOB0SCK时钟串行接口参照见串口部分IOB1SDA数据串行接口参照见串口部分IOB2EXT1外部中断源1（负边沿触发）IOB2设置为输入模式IOB2反馈输出1与IOB4工程之间，增加了RC电路来得到一个振荡器来EXT1中断IOB2设置为反向输出IOB3EXT2外部中断源2IOB3设置为输入模式IOB3反馈输出2与IOB5工程之间增加了RC电路来得到一个振荡器来的EXT2中断IOB3设置为反向输出IOB4反馈输入1IOB
37、5反馈输入2IOB7RxUART接收器参照看到的UART部分IOB8APWMAOTimerA的PWM输出参照定时器/计数器部分IOB9BPWMAOTimerB的PWM输出参照定时器/计数器部分IOB10TxUART发送器参照UART部分参照上表，在IOB2，IOB3，IOB4配置，和IOB5涉及反馈功能，其中一个振荡器频率可从EXT1（EXT2文件），通过简单地增加RC电路与IOB2（IOB3）和IOB4（IOB5）。（8）定时/计数器SPCE061A提供了两个16位定时器/计数器，定时器A和定时器B。定时器A被称为通用计数器。定时器B是一个通用计数器。定时器A的时钟源来从时钟源和时钟源组合B
38、，在定时器B的时钟源给出C，当计时器溢出，一个INT信号发送到CPU的产生超时信号。表2-5 SPCE061A的定时/计数器时钟源A时钟源B时钟源CFosc/22048HzFosc/2Fosc/2561024HzFosc/25632768Hz256Hz32768Hz8192HzTMB18192Hz4069Hz4Hz4069Hz12Hz1010EXT1EXT2EXT13 系统的硬件设计3.1电压传感器的选择和设计3.1.1 霍尔元件的工作原理所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔
39、片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。原理（如图3-1）简述如下：激励电流I从a、b端流入，磁场B由正上方作用于薄片，这时电子e的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力FL的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的c、d方向产生电场E。电子积累得越多，FE也越大，
40、在半导体薄 片c、d方向的端面之间建立的电动势EH就是霍尔电势。流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。假如磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度时，实际上是作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍尔电动势EH的基本关系为：EH=KHIBcos式中 KH霍尔系数；I通过的电流；B垂直于I的磁感应强度。 图3-1 霍尔元件的原理图由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成
41、正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感11。如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度12。3.1.2 霍尔电压传感器的选择LV28-P霍尔电压传感器，LV系列霍尔电压传感器是应用霍尔效应的闭环（补偿）电压传感器，符合94V0标准的绝缘外壳，对于电压测量原边电流与被测电压的比一
42、定要通过一个由用户选择的外部电阻确定，并串联在传感器原边回路上。其优点在于：出色的精度，良好的线性度，低温漂，最佳的反应时间，宽频带，无插入损坏，抗干扰能力强。霍尔电压传感器的原边回路和副边回路之间高度绝缘隔离，可用于测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流，副边输出能真实反映原边电流的波形和线性比例。霍尔传感器出色的精度、良好的线性度、低温漂、最快的反应时间、宽频带、无插入损耗、抗干扰能力强、电流过载能力强、优越的性价比而广泛使用。3.1.3 霍尔电压传感器的参数（1）性能：a应用霍尔原理的闭环(补偿)电流传感器；b符合UL 94-V0标准的绝缘外壳。（2）使用原则：对于电压测量,原边电
43、流与被测电压的比一定要通过一个由用户选择的外部电阻R确定,并串联在传感器原边回路上。（3）电参数：表3-1 LV28-P霍尔电压传感器的电参数IPN原边额定有效值电流10mAIP原边电流测量范围0.14mARM测量电阻 with 15 V 10 mA max 14 mA max100 350100 190ISN副边额定有效值电流25mAKN转换率2500:1000VC电源电压 ( 5 %)15VIC电流消耗10+ISmAVd有效值电压用于交流绝缘检测1)50Hz，1分钟2.5kV（4）精度- 动态参数：表3-2 LV28-P霍尔电压传感器的精度-动态参数XG总精度 IPN , TA = 25C
44、 0.6%L线性度 0.2%tr响应时间 2) 90 % of V Pmax40s（5）一般参数：表3-3 LV28-P霍尔电压传感器的一般参数TA环境操作温度0.+70CTS环境贮存温度-25.+85CRP原边线圈电阻TA=70C250无穷RS副边线圈电阻TA=70C110无穷m质量18g标准EN 501553.1.4 电压采集电路的设计在选择完电压传感器的种类后，由于LV系列的霍尔电压传感器的参数可知，输入电压为200V时，一般输入电流为010mA（如图3-2所示），所以要求的电阻R1的大小为： （3-1）再对霍尔电压传感器通以15V电源使传感器正常工作，由LV28-P霍尔电压传感器的转换率为2500：1000可知其五号脚输出的电流为25mA。图3-2 电压采集电路3.2 调理电路的设计3.2.1 运放的选择在运放方面我选择LF353，其实际上是由两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器组成，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合，其工作电压为15V13。图3-3 LF3533.2.2 电压调理电路的设计由于采集到的电压信号
