三分量磁通門地磁場檢測裝置傳感器的設(shè)計論文

1、 . . . 1 / 54摘要三分量磁通門地磁場檢測裝置是應(yīng)用磁通門傳感器對地磁場進行測量的矢量檢測裝置。與其它類型測磁儀器相比，磁通門傳感器具有分辨率高，測量弱磁場圍寬，體積小、重量輕、功耗低，經(jīng)濟性好，能夠直接測量磁場的失量和適于在高速運動系統(tǒng)中使用等特點，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。本文分析了磁通門傳感器的工作原理，詳細論述了如何采用數(shù)字檢波的方法進行信號處理.本文還介紹了三分量地磁場檢測裝置硬件電路的設(shè)計和單片機程序。檢測裝置主要由三分量磁通門傳感器、單片機最小系統(tǒng)、A/D 數(shù)據(jù)采集電路和串口電路構(gòu)成。三分量磁通門傳感器檢測到磁場的矢量大小，輸出信號經(jīng)過有源濾波器和放大器處理后得到三路幅度與

2、磁場各分量大小成正比的正弦信號。A/D 同時對三路信號進行 4 倍頻采樣，將兩個周期的采樣數(shù)據(jù)傳送到單片機，然后單片機通過串行端口將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機，最后由計算機完成數(shù)據(jù)的處理和分析。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 三分量 地磁場 數(shù)字檢波 數(shù)據(jù)采集 串行端口 . . . 2 / 54TheThe DesignDesign ofof GeomagneticGeomagnetic FieldField DetectionDetection DeviceDevice BasedBased onon Three-componentThree-component FluxgateFluxgate SensorsSens

3、orsAbstratAbstratThe three-component fluxgate geoamagnetic field detection device is a kind of vector detection device which can measure the geoamagnetic field directly pared with other instruments which can measure geomagnetic field,the fluxgate sensor has the virtue of small size,light weight,low

4、power consumption and good economy,is used widely in different fields.This paper introduces the working principle of the fluxgate sensor and the digital demodulation method in detail. The design of hardware circuitof the three-component fluxgate geomagnetic field detection device and progamming of M

5、CU are also introduced in this paper.The detection device consists of three-component fluxgate sensors, MCU system, A/D dataacquisition circuit and port communication circuit. The magnetic vector is detected by the three-component fluxgate sensors,signals output from the senors are processed by acti

6、ve filters and amplifiers.Then there are three sinusoidal signals,whose amplitude are proportional to the magnitude of geomagnetic field component. The A/Dconvertor produces 4 points sampling signals, and transmits data of two cycles to CPU, then CPU send the data to computervia the port. Finally,th

7、e data is processed and analyzed by computer. . . . 3 / 54KeywordsKeywords three components geomagnetic field Digital demodulationData Acquisition Com Port目錄目錄摘要 1ABSTRAT .21 緒論 11.1 研究三分量磁通門地磁場檢測裝置的目的和意義 11.2 各種測磁儀器 21.3 磁通門測磁儀器的研究現(xiàn)狀 52 檢測裝置的工作原理 62.1 磁通門傳感器的工作原理 62.2 檢測裝置的工作原理 82.3 地磁檢測裝置的主要功能 123

8、 三分量磁通門地磁場檢測裝置的硬件電路設(shè)計 123.1 前置檢測電路的設(shè)計 123.1.1 分頻電路和信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計：133.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計：133.1.3 選頻放大電路的設(shè)計：143.2 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 4 倍頻采樣的硬件設(shè)計 163.2.1 根據(jù) A/D 采集電路的設(shè)計要求選擇合適的 A/D：163.2.2A/D 采集電路的設(shè)計：173.3 部電源的設(shè)計 184 三分量磁通門地磁場檢測裝置的的軟件設(shè)計 194.1 STC89C54RD+單片機介紹 194.2A/D 的軟件控制 204.3 程序流程圖 21 . . . 4 / 544.4 示例程序 214.5 串口發(fā)送

9、的硬件設(shè)計 235 測試結(jié)果與分析 245.1 分頻器電路測試 245.2 功率驅(qū)動電路的測試 255.3 信號轉(zhuǎn)換電路測試 255.4 帶通濾波器的測試 266 對三分量測量的通道差異進行校正的方案設(shè)計 286.1 方案 1：通過硬件電路的調(diào)試進行校正 286.2 方案 2：通過軟件編程對測量結(jié)果進行校正 29總結(jié) 30參考文獻與參考資料 31致 33英文翻譯 34英文翻譯原文 37 . . . 5 / 54 . . . 1 / 541 1 緒論緒論1.11.1 研究三分量磁通門地磁場檢測裝置的目的和意義研究三分量磁通門地磁場檢測裝置的目的和意義在介紹三分量磁通門地磁場檢測裝置之前，首先介紹

10、一下它的研究目的和意義。檢測裝置主要是通過檢測地磁場的大小來尋找鐵磁性物質(zhì)的。鐵磁性物質(zhì)中很重要的一類就是鐵。我國是最早發(fā)現(xiàn)和使用鐵的國家，同時鐵也是世界上發(fā)現(xiàn)并使用最早的一種金屬材料。世界鐵資源豐富，據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查所和礦業(yè)局 1996 年 1 月的統(tǒng)計，世界鐵礦石資源量超過 8000 億噸，折合金屬量超過 2300 億噸。1995 年世界鐵礦石儲量 1 500 億噸、儲量基礎(chǔ) 2300 億噸，折合鐵金屬量分別為650 億噸、1000 億噸。我國鐵金屬儲量 73.29 億噸，應(yīng)在俄羅斯、澳大利亞、加拿大、巴西之后居世界第 5 位。截至 1996 年底，全國共查明鐵礦產(chǎn)地 1834 處。累計探明

11、鐵礦石儲量504.78 億噸，按全國鐵礦石平均含鐵品位 33%計算，鐵金屬量為 166.58億噸?？鄢龤v年開采與損失，尚保有鐵礦石儲量 463.47 億噸，鐵金屬152.95 億噸。根據(jù) 80 年代中期地質(zhì)科研部門對我國鐵礦資源的預(yù)測，將全國大陸劃分為 17 個預(yù)測區(qū)，共有有望航磁異常區(qū) 1084 處，預(yù)測資源潛力 606億 t。其中 11 個預(yù)測區(qū)分布在東經(jīng) 105線以東地區(qū)，有望航磁異常區(qū)754 處，預(yù)測資源潛力為 317 億 t，東部地區(qū)找礦程度較高，預(yù)測資源多以隱伏礦或盲礦體分布在已知礦帶的深部和周邊部。東經(jīng) 105線以區(qū)，包括 6 個預(yù)測區(qū)，有望航磁異常 330 處，預(yù)測資源潛力為

12、289 億 t，西部地區(qū)找礦和研究工作程度較低或很低，尚有發(fā)現(xiàn)新礦區(qū)的前景。中國的鐵礦資源很豐富，但鐵礦石進口量卻居世界第一。近年來，中 . . . 2 / 54國主要進口鐵礦石的一些來源國不斷調(diào)高鐵礦石的出口價格。面對這種形勢，中國自己開采鐵礦的需求越來越迫切。中國鐵礦資源有兩個特點：一是貧礦多，貧礦出儲量占總儲量的 80%；二是多元素共生的復(fù)合礦石較多。此外礦體復(fù)雜；有些貧鐵礦床上部為赤鐵礦，下部為磁鐵礦。因此，開采鐵礦不能漫無目的，我們需要有效的探測手段確保有價值的開采，所以地磁檢測裝置的研究是非常必要的。本文要介紹的基于三分量磁通門測磁法的地磁檢測裝置就是一種高效的測磁手段。磁通門測磁

13、法問世后不久，在第二次世界大戰(zhàn)中就被應(yīng)用于探雷、探潛等方面，戰(zhàn)后又被廣泛應(yīng)用于地面磁場研究、航空磁測、地震預(yù)報研究、地下礦床勘探、生物醫(yī)學(xué)研究、星際間磁測等領(lǐng)域。幾十年來，盡管測量磁場的新方法不斷涌現(xiàn)，磁通門傳感器仍以其測量靈敏度高、堅固小巧、使用靈活、工作可靠，電路功耗低、結(jié)構(gòu)簡單等顯著優(yōu)點，被普遍應(yīng)用于弱磁場測量領(lǐng)域。目前地磁測量所使用的測磁儀器多數(shù)是進口產(chǎn)品，價格昂貴，維修比較困難。基于該現(xiàn)狀，本文主要介紹一種新型地磁檢測裝置。該檢測裝置電路簡單，測量數(shù)據(jù)的處理完全數(shù)字化，操作方便，成本較低，設(shè)計模塊化，并且易于維修。而且，與大多數(shù)測磁儀器相比，檢測裝置的功耗非常低，采用12V 外部電源

14、供電，測量數(shù)據(jù)可以通過串口發(fā)送到計算機進行處理和分析，方便研究。下面先介紹一下各種測磁儀器。1.21.2 各種測磁儀器各種測磁儀器 測磁儀器根據(jù)采用磁敏傳感器的種類分為很多種。已經(jīng)被淘汰的是采用機械式磁敏傳感器的機械式磁力儀；目前應(yīng)用比較廣泛的磁敏傳感器有磁通門式磁敏傳感器、質(zhì)子旋進式磁敏傳感器、光泵式磁敏傳感器、 . . . 3 / 54SQUID（超導(dǎo)量子干涉器）磁敏傳感器、光纖式磁敏傳感器、半導(dǎo)體磁敏傳感器；處于研究、試驗階段的測磁儀器有固體電子自旋共振磁力儀、原子磁力儀等。下面就以下幾種測磁儀器做簡單介紹：機械式磁力儀（mechanical magnetometer）又稱作磁秤，利用一

15、個可繞固定軸自由旋轉(zhuǎn)的磁棒，其偏轉(zhuǎn)角的大小與外磁場強度成比例的關(guān)系來測量磁場大小。利用磁棒放置位置的不同可以分別測定垂直磁異常和水平磁異常，其相應(yīng)的儀器為垂直磁秤和水平磁秤。由于是用重力矩來平衡磁力矩，所以只能測垂直（或水平）地磁場相對于一個固定點的改變值。從制造工藝上講，要采用精度很高的設(shè)備加工機械零件和光學(xué)零件，調(diào)試過程也比較復(fù)雜。總之，無論是操作使用還是制造工藝，跟電子測磁儀器相比，都很復(fù)雜。機械式磁力儀于 1991 年停產(chǎn)，取而代之的是電子磁力儀。超導(dǎo)磁力儀（superconducting magnetometer, SQUID）是利用約瑟夫遜效應(yīng)測量磁場的測磁儀器。測量儀器應(yīng)用了超導(dǎo)

16、量子干涉器。采用超導(dǎo)材料制成的閉合環(huán)對外磁場會產(chǎn)生周期效應(yīng)，其磁通變化與外磁場變化成正比。超導(dǎo)磁力儀正是利用這個原理來測量磁場的。這種儀器的靈敏度可達 10-510-6納特。可制成航空磁力梯度儀，也可用于地面磁場的研究與弱磁性巖石的磁性測定。常用在對測量精度要求高的地方，成本相對稍高一些。質(zhì)子磁力儀（protonprecession magnetometer）是應(yīng)用質(zhì)子旋進式磁敏傳感器制成的測磁儀器。氫原子核的質(zhì)子是一種帶有正電荷的粒子，其本身在不停地自旋，具有一定的磁性。在外磁場的作用下自旋質(zhì)子將按一定方向排列，稱為核子順磁性。但其磁性甚微，只是在一些磁化率很低的逆磁性物質(zhì)中才能反映出來，如

17、某些碳氫氧化合物液體(水、酒精、甘 . . . 4 / 54油等)。在這些樣品中質(zhì)子受某強磁場激發(fā)而具有定方向排列，去掉外磁場，則質(zhì)子在地磁場作用下將以同相位繞地磁場 T 旋進，其旋進頻率f 與地磁場 T 有以下關(guān)系：T=2.34872f，單位為納特。當(dāng)測定出頻率 f 以后即可計算出總磁場強度 T 的數(shù)值。利用這種原理制成的儀器稱為質(zhì)子旋進式磁力儀，或稱核子旋進式磁力儀。質(zhì)子旋進磁力儀穩(wěn)定性好。溫度影響小、沒有零點掉格、精度高，可觀測弱磁異常工作時不必準確定向，適于在運動狀態(tài)下觀測。儀器靈敏度一般為 0.1 納特。但這類儀器的使用要受到磁場梯度圍的限制，常用于地面、航空和海洋磁測等一些要求準確

18、測量出絕對磁場大小的研究領(lǐng)域。我國生產(chǎn)的這類儀器有 302 型?？蘸俗有M磁力儀靈敏度可達 0.1 納特，CHD 型地面核子旋進磁力儀靈敏度可達0.15 納特。光泵磁力儀（opticalpumping magnetometer）是應(yīng)用光泵式磁敏傳感器制成的測磁儀器。因為由光泵作用排列好的原子磁矩，在特定頻率的交變電磁場的作用下，又將產(chǎn)生共振吸收作用，打亂原子的排列情況。發(fā)生共振吸收現(xiàn)象的電磁場的頻率與樣品所在點的外磁場強度成一比例關(guān)系，故測定這一頻率就可以測出外磁場的值。常用的工作元素有；銣(Rb87，Rb85)；銫(Cs133)；氦(He4，He3)等。光泵磁力儀按線路結(jié)構(gòu)特點又可分為跟蹤式

19、與自激式兩大類。這類磁力儀的特點是靈敏度高，可達0.001 納特?？梢詼y定總磁場強度的絕對值，沒有零點掉格與溫度影響，工作時不需準確定向，適于在運動條件下進行高精度快速連續(xù)測量，如航空磁測和海洋磁測等。 磁通門磁力儀（fluxgate magnetometer，F(xiàn)GM） ，又稱飽和式磁力儀。它是一種電子磁力儀。它利用高磁導(dǎo)率的坡莫合金作靈敏元件，在弱磁場中就能達到磁飽和。靈敏元件的磁芯為閉合磁路，在其兩邊繞以匝數(shù)一樣、繞向相反的激勵繞組，外側(cè)是輸出繞組。對激勵繞組給以交變電壓，使靈 . . . 5 / 54敏元件達到近于飽和，若無外磁場存在，則兩邊磁芯產(chǎn)生的磁通波形對稱而反向，這時訊號繞組將沒

20、有感應(yīng)電壓輸出。當(dāng)沿元件軸向存在有外磁場，則兩邊磁芯在正、負半周飽和程度不一，產(chǎn)生的磁通量不能互相抵消，將有感應(yīng)電壓脈沖輸出。其幅度與外磁場大小成正比，據(jù)此即可測定外磁場的大小?？捎糜诘孛妗⒑娇栈蚓写艤y。由上面的介紹可以看出磁通門測磁儀器有它自身的優(yōu)勢，是其他測磁儀器無法替代的。磁通門是第一種實際投入使用的電子式磁力儀?，F(xiàn)在的磁通門測磁儀器做得非常小型化，攜帶方便，儀器使用簡單，成本相對比較低，因此在一般測量中使用的較多。1.31.3 磁通門測磁儀器的研究現(xiàn)狀磁通門測磁儀器的研究現(xiàn)狀磁通門測磁儀器是利用磁芯在交變磁場激勵下發(fā)生導(dǎo)磁特性變化從而調(diào)制被測磁場，通過對調(diào)制信號的檢測實現(xiàn)對外磁場的測

21、量。磁通門測磁法以其測量圍寬、分辨率高、頻帶寬與經(jīng)濟實用的特點，早在 20 世紀 30年代就開始應(yīng)用于地磁測量，經(jīng)過后來的不斷完善與發(fā)展，目前已成為國際地磁相對記錄的主流設(shè)備。第一臺磁通門磁力儀產(chǎn)生于 20 世紀 30 年代，迄今己有多種不同類型的磁通門磁力儀。因其分辨率、頻率響應(yīng)、動態(tài)圍和線性特性都能滿足記錄地磁場各分量變化的要求，具有輕便、價格低廉、安裝調(diào)試簡單和容易實現(xiàn)數(shù)字化等特點，所以世界大多數(shù)地磁臺站都使用磁通門測磁儀器作為變化磁場的記錄儀器，代替了傳統(tǒng)的磁變儀。國際上比較有代表性的磁通門磁力儀有加拿大的 FM20 型和 CANMOS 型磁通門磁力儀、奧地利的 CH IMAG 型磁通

22、門磁力儀、英國的 FLARE 磁通門磁力儀、美國的 SMALL 磁通門磁力儀。這些磁通門磁力儀代表了該儀器技術(shù)的先進水平，它們都具有低噪聲、采樣率高、溫度性能良好、數(shù)字化等特點。在我國，早在 20 世紀 80 年代就開始將磁通門磁力儀應(yīng)用于地磁觀測 . . . 6 / 54的技術(shù)研究。在 2002 年時中國地震局地球物理研究所己經(jīng)研制成功了GM-1 型、GM-2 型單向模擬記錄磁通門磁力儀和 GM3 型三分量數(shù)字記錄磁通門磁力儀。但由于儀器的長期穩(wěn)定性、溫度特性等還不能滿足地磁臺站日常觀測的基本要求，所以未能得到廣泛應(yīng)用。因此降低儀器的溫度系數(shù)、提高儀器的穩(wěn)定性，降低安裝的復(fù)雜程度、減小儀器的

23、體積、提高儀器的自動化程度一直是儀器研制者持續(xù)開發(fā)與改進的目標。本文討論的這種三分量磁通門地磁場將測裝置具有的主要特點是體積小、安裝簡單、穩(wěn)定性高，由于它可以同時測量磁場在三個方向的分量，然后進行矢量合成，所以測得的數(shù)據(jù)有很高的可靠性。2 2 檢測裝置的工作原理檢測裝置的工作原理2.12.1 磁通門傳感器的工作原理磁通門傳感器的工作原理磁通門傳感器就是利用某些高磁導(dǎo)率的軟磁材料（如坡莫合金）作磁芯，以其一起在交流磁場作用下的次飽和特性與法拉第電磁感應(yīng)原理研制成的測磁裝置。其結(jié)構(gòu)可以看成一個特殊的變壓器，磁通門測磁是利用這種特殊變壓器的磁芯，當(dāng)交變電流流過該變壓器原邊線圈時，磁芯反復(fù)被交變過飽和

24、勵磁所磁化，當(dāng)有外磁場存在時，勵磁變得不對稱，變壓器的輸出信號受到外磁場的調(diào)制。通過檢測輸出的調(diào)制信號就可以實現(xiàn)對外磁場的測量。磁通門探頭的輸出主要是激勵信號的二次諧波，需要經(jīng)過處理得到測量數(shù)據(jù)。根據(jù)磁通門傳感器的磁芯幾何形狀分為閉合式和非閉合式兩類：圓形磁芯跑道形磁芯長方形磁芯閉合式磁芯長條形雙磁芯長條形單磁芯非閉合式磁芯磁芯 . . . 7 / 54從這幾種磁芯的性能來說，以圓形較好，跑道形次之。在磁場的分量測量中，用跑道形磁芯（如圖 2.1）較多。跑道型磁芯的長軸場邊尺寸遠大于短軸尺寸，因此，認為跑道型磁芯僅被延長軸方向的磁場所磁化。在實際應(yīng)用中，也僅用它來測量延長軸方向的磁場分量。圖

25、2.1 所示為跑道型磁芯的二次諧波法測磁原理。412ff2L L1 1L L2 2L LS S3圖 2.1 跑道型磁芯機構(gòu)示意圖1 靈敏元件架；2初級線圈3輸出線圈； 4坡莫合金環(huán)若在跑道形磁芯的彼此平行的兩長邊上，分別繞一組匝數(shù)一樣的線圈L1、L2，同向串聯(lián)作為激勵線圈；在 L1、L2 外側(cè)繞一公用的測量線圈Ls。在激勵線圈中輸入正弦交變電流 I=Imsint，假定 L1 中磁場H1=2Hmsint，L2 中磁場 H2=-2Hmsint。傳感器的輸出電壓如圖2.2（d）所示，可以表示成下面的分段函數(shù)的形式：0cos1020cos102088SHSHEsmsmS2222111122 . . .

26、 8 / 54 2.1Es是屬周期性的重復(fù)脈沖，故可用富氏分解法計算Es的二次諧波分量：teHHHfSsndEmsS2sin81016 2.221HHe-HsBm(a)（b） = tH2H1He1e2E（d）H=tB1B2（c）B-1-2圖 2.2 磁通門式磁敏傳感器測磁原理（a）軟磁材料動態(tài)磁回滯曲線的理想化模型（b）外加磁場時，兩線圈中的磁場不再對稱（c）外加磁場時，兩線圈中磁場出現(xiàn)飽和段（d）傳感器在正弦波激勵時的理論輸出波形2.22.2 檢測裝置的工作原理檢測裝置的工作原理三分量磁通門地磁場檢測裝置主要利用法拉第電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)對地磁場的檢測。傳感器將地磁信號轉(zhuǎn)化為電信號，檢測裝置通過

27、檢測這種電 . . . 9 / 54信號來判斷地磁信號大小，進而判斷檢測地點的狀況。實現(xiàn)這種判斷主要依靠三分量磁通門傳感器，它的每個傳感器都采用雙鐵芯結(jié)構(gòu)，在兩根鐵芯上纏繞的激勵線圈反向串聯(lián)（如圖 2.1 所示） ，勵磁電流通過激勵線圈時，在兩鐵芯中產(chǎn)生的激勵磁場方向相反，若兩鐵芯形狀尺寸和電磁場參數(shù)完全對稱，兩鐵芯中的磁通在測量線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢互相抵消，輸出為零；當(dāng)沿鐵芯長軸方向施加外部磁場時，其中一個鐵芯的磁場先于另一個達到飽和，造成測量線圈中的感應(yīng)電勢不能互相抵消，輸出非對稱的波形，波形的主要成分是激勵信號的二次諧波。由于外磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的幅值與外磁場大小成正比，可通過測量輸出信

28、號的二次諧波分量來測量外磁場。為便于研究，將式 2.2 改寫成如下形式：）（teAHES2sin 2.3傳統(tǒng)的處理方法是采用模擬電路進行相敏檢波，具體做法是：用兩路頻率與ES一樣的參考信號，兩者相位相差 90 度，假設(shè)分別為）（t2sin和）（t2cos，這時ES與參考信號相比有一個相移，表達為示成式 2.4 的形式： ）（teAHES2sin 2.4ES分別乘以參考信號，得到如下結(jié)果：)4cos(cos2/12)2cos(2)2cos(2/1)sin(2ttttteAHtES 2.5 sin)4sin(2/12)2sin(2)2sin2/1)(2cttttteAHtosES（ 2.6 對式

29、2.5 和式 2.6 表示的信號進行積分處理（實質(zhì)上就是對信號進行低通濾波）之后得到以下結(jié)果： . . . 10 / 5420cos2/1)2()2sin(1eAHtdtERS 2.7sin2/1)2()2cos(120eAHtdtEXS 2.8222XRAHe 2.9傳統(tǒng)的方法要通過硬件電路實現(xiàn)模擬信號的乘法運算和積分運算，這對乘法器和積分電路的精度等參數(shù)要求很高，而且要求參考信號的幅度穩(wěn)定，兩參考信號的相位差必須保證是 90 度。這種處理方法數(shù)字化程度低,信號處理過程中易受干擾，所以設(shè)計采用數(shù)字檢波的方法。下面詳細論述如何采用數(shù)字檢波的方法得到測量數(shù)據(jù)：首先，我們不用正弦波作參考信號，換作

30、與正弦波參考信號相位一樣的方波1S 和2S：01S1) 12(222kkkk 2.1001S22/322/2/2k2/2-2kkk 2.11我們對信號進行 4 倍頻采樣，采樣點設(shè)為1SE ，2SE，3SE，4SE。在這里，我們假設(shè)為初始采樣點的相位。那么，原信號可以表示為：）（teAHES2sin 2.12sin1eSAHE 2.13cos2eSAHE 2.14sin3eSAHE 2.15 . . . 11 / 54cos4eSAHE 2.16現(xiàn)用式 2.10 和式 2.11 表示的方波對上述信號進行調(diào)制，得到的采樣信號表示如下：其一，1SEESS 2.17采樣信號為cossincossin4

31、321eSeSeSeSAHEAHEAHEAHE 2.18其二，2 SEESS 2.19采樣信號為cossincossin 4 3 2 1eSeSeSeSAHEAHEAHEAHE 2.20對這兩種信號分別進行采樣求和后取平均值（與模擬信號的積分類似），得到以下結(jié)果：)cos(sin2/1)(4/14/1432130iSSSSSiEEEEEI 2.21)cos(sin2/1)(4/14/1 4 3 2 130i SSSSSiEEEEEQ . . . 12 / 542.22對采樣信號進行求和去均值運算，相當(dāng)于對原信號進行以下處理：dtitIi30S)/(E4/1 2.23dtitQi30 S)/(E

32、4/1 2.24式中為采樣周期，即/2。經(jīng)過上述分析，我們可以通過下面的計算得到最終的結(jié)果：22QIQIAHe 2.252.32.3 地磁檢測裝置的主要功能地磁檢測裝置的主要功能三分量磁通門地磁場檢測裝置主要是通過檢測地磁場在三個互相垂直的方向上的分量來測量地磁場總場強度的。三分量磁通門式磁敏傳感器能檢測到地磁場的各個分量被調(diào)制后的信號，經(jīng)選頻放大電路得到幅值與分量大小成正比的二次諧波，用 16 位 A/D 對這些信號進行 4 倍頻采樣，通過外部中斷的方式將采樣數(shù)據(jù)分別送入單片機，單片機在讀夠兩個周期的采樣數(shù)據(jù)（共三組，每組 16 個字節(jié)即 8 個 16 位數(shù)據(jù)）后，經(jīng) MAX232 進行電平

33、轉(zhuǎn)換通過串口發(fā)送的方式將數(shù)據(jù)送到計算機，有計算機完成最終的數(shù)據(jù)處理和分析。3 3三分量磁通門地磁場檢測裝置的硬件電路設(shè)計三分量磁通門地磁場檢測裝置的硬件電路設(shè)計3.13.1 前置檢測電路的設(shè)計前置檢測電路的設(shè)計前置檢測電路的原理方框圖如下： . . . 13 / 54212傳感器驅(qū)動電路16 位 A/D 四倍頻采樣振蕩 分頻器29信號 轉(zhuǎn)換選頻 放大器圖 3.1 前置檢測電路原理框圖分頻電路采用 20MHz 晶振，分頻輸出用 212倍分頻作為驅(qū)動電路的輸入信號，經(jīng)功率放大用作傳感器激勵信號；29倍分頻經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路整形，用作 A/D 轉(zhuǎn)換的時鐘信號。下面具體介紹一下各部分電路：3.1.1 分頻

34、電路和信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計：磁通門傳感器需要 5kHz 激勵信號，需要有振蕩電路為其提供頻率源。石英晶振振蕩器產(chǎn)生的信號頻率為 20MHz，需要進行 4000 倍（約212=4096 倍）分頻。同時，A/D 進行 4 倍頻采樣，需要 40kHz 的時鐘信號，并且要求占空比接近 100%（詳見 AD7656 工作時序） ，所以分頻器的29倍分頻輸出需要接信號轉(zhuǎn)換電路。分頻器采用 14 位二進制計數(shù)分頻器74HC4060，電路原理圖如圖 3.2。圖中 13 腳為 29倍分頻輸出，1nF 電容和 1.6k 電阻形成微分電路，和與非門整形電路構(gòu)成信號轉(zhuǎn)換電路，為 A/D 轉(zhuǎn)換電路提供啟動信號。 . .

35、. 14 / 5474HC4060O122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC920MHz2M30pF30pF1nF1.6k5.6k74HC00（ A（圖 3.2 分頻電路與信號轉(zhuǎn)換電路3.1.2 驅(qū)動電路的設(shè)計：分頻器輸出帶載能力較弱，不能直接用作激勵因此需要驅(qū)動電路進行功率放大。理想的激勵信號應(yīng)該是頻率為 5kHz、幅度為 3V 的正弦波，要求正弦波的幅度非常穩(wěn)定，所以實際激勵信號采用 5kHz 的方波，幅度為3v。分頻器的輸出幅度約為 6V，經(jīng) 5.6k 緩沖電阻減壓，功放電路輸出幅度約為 4V，需要進行變壓處理，電路設(shè)計如圖

36、3.3：圖中的隔離線圈是手工繞制成的，其中，初級線圈的計算匝數(shù)為：fBAVNi4/29 匝（式中iV為線圈兩端交流電壓的幅度，取 4V；f為信號頻率，取 4.88103Hz；B 為磁環(huán)磁通量，一般取 0.3Wb，A 為磁環(huán)截面積，取 2.410-52m） ，實際繞了 50 匝，次級為 40 匝。 . . . 15 / 54V19 V V29 V 805085501.6k1.6k100nF100nF100nF47uF圖 3.3 驅(qū)動電路3.1.3 選頻放大電路的設(shè)計：測量需要傳感器輸出的二次諧波成分，因此，傳感器的輸出信號不能直接進行放大、采樣，必須經(jīng)過帶通濾波器濾出二次諧波，放大后在進行采樣處

37、理。濾波器的設(shè)計采用壓控電壓源型二階帶通濾波器，其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低，而且電路結(jié)構(gòu)簡單。濾波器要求的設(shè)計參數(shù)為：中心頻率為 10kHz，Q 值為 10，對中心頻率的放大倍數(shù)為 30 倍。實際電路形式如圖 3.4 所示。傳感器的輸出信號經(jīng)濾波處理后其幅度不足以進行采樣，故加一級放大。 . . . 16 / 54LM2581nF 16k 9V-9VXBP1INOUTXFG11nF 33k 16k 5.6k 3k LM25816k 100k 9V-9V16k 圖 3.4 選頻放大電路仿真結(jié)果如下圖所示：圖 3.5 帶通濾波器伯德圖仿真結(jié)果從上圖可以看到，濾波器設(shè)計合理，而且仿真結(jié)果接近設(shè)計

38、目標，實 . . . 17 / 54際仿真參數(shù)如下：中心頻率為 9.573kHz，Q 值為 9.4，中心頻率出放大倍數(shù)為 28.548dB（26.75 倍） ，對二次諧波（實際頻率為 9.76kHz）的放大倍數(shù)為 27.645dB（24.15 倍） ，符合設(shè)計要求。3.23.2 1616 位位 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 4 4 倍頻采樣的硬件設(shè)計倍頻采樣的硬件設(shè)計3.2.1 根據(jù) A/D 采集電路的設(shè)計要求選擇合適的 A/D：由于課題設(shè)計要求 A/D 實現(xiàn)對二次諧波的四倍頻采樣，所以，所選A/D 的轉(zhuǎn)換速率必須在 40kHz 以上；分辨率課題要求 16 位以上；由于采樣頻率必須精確為四倍頻，

39、因此 A/D 采樣率應(yīng)該可變；由于是對交流信號采樣，故 A/D 應(yīng)能進行正負采樣；課題要實現(xiàn)三分量測量，有三路信號輸入，要求同時對三路信號采樣，故要求 A/D 能實現(xiàn)三路以上同時采樣。根據(jù)以上要求，最終選擇逐次逼近型 16 位 A/D 數(shù)據(jù)采集電路 AD7656。AD7656 的最高采樣頻率可達到 250kHz，屬于逐次逼近型，采樣頻率可變，通過轉(zhuǎn)換使能腳輸入啟動信號，控制六個通道同時進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這里我們只用其中三個通道。各通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果在每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后可通過16 位并行數(shù)據(jù)線依次傳送到單片機。圖 3.6 是 AD7656 的工作時序圖：圖 3.6 AD7656 的時序圖 . . . 18

40、/ 543.2.2 A/D 采集電路的設(shè)計：圖 3.7 AD7656 部結(jié)構(gòu)框圖從 AD7656 的部結(jié)構(gòu)圖和時序圖可以看出，AD7656 既可以用硬件電路控制，也可以通過軟件編程來操作，使用起來方便靈活。使用軟件操作時，數(shù)據(jù)的傳輸可以以字節(jié)的形式，即進行 8 位數(shù)據(jù)的并行傳輸（詳見AD7656 資料翻譯中的管腳說明） ，此時的工作時序如圖 3.8 所示?？紤]到數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，我們需?16 位數(shù)據(jù)并行傳輸，采用硬件電路控制即可,數(shù)據(jù)的讀取采用硬件中斷的方法。具體的電路形式如圖 3.9 所示。在圖中，為保證電路看起來清楚、方便，電路中所有 AD7656 的電源引腳都沒有連接。在此加以說明：AV

41、CC 和 DVCC 均接+5V 電源，AGND 和 DGND 分別接數(shù)字地和模擬地（實際電路對模擬和數(shù)字接地并沒有加以區(qū)分） ，VSS 接-9V電源，VDD 接+9V 電源，其余管腳做懸空處理。 . . . 19 / 54圖 3.8 AD7656 采用字節(jié)傳送方式的工作時序圖 3.9 AD 采集電路另外，圖中單片機型號為 STC89C54RD+，部集成了 MAX810 專用復(fù)位電路，所以 RESET 管教直接接地。單片機采用外部時鐘源，時鐘由 40MHz 有源晶振提供。AD7656 的 BUSY 腳在轉(zhuǎn)換時為高電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后轉(zhuǎn)為低電平，可用作中斷信號。3.33.3 部電源的設(shè)計部電源的設(shè)計

42、整體電路采用12V 外部電源供電，因前置電路需要9V 電源，而 . . . 20 / 54A/D 和單片機電路需要+5V 電源，所以電源電路需要用到三端穩(wěn)壓管7809、7909 和 7805，具體電路如圖 3.10 所示：圖 3.10 部電源電路4 4 三分量磁通門地磁場檢測裝置的的軟件設(shè)計三分量磁通門地磁場檢測裝置的的軟件設(shè)計4.14.1 STC89C54RD+STC89C54RD+單片機介紹單片機介紹設(shè)計采用 STC89C54RD+單片機，該單片機具有以下顯著特點：超強抗干擾1 、高抗靜電（ESD 保護） ；2 、輕松過 4KV 快速脈沖干擾(EFT 測試） ；3 、寬電壓，不怕電源抖動；

43、4 、寬溫度圍,-4085；5 、I/O 口經(jīng)過特殊處理；6 、單片機部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理；7 、單片機部的時鐘電路經(jīng)過特殊處理；8 、單片機部的復(fù)位電路經(jīng)過特殊處理；9 、單片機部的看門狗電路經(jīng)過特殊處理。 . . . 21 / 541 個時鐘/機器周期，可用低頻晶振，大幅降低 EMI（電磁干擾，英文 Electromagnetic Interference 的簡稱）1 、禁止 ALE 輸出；2 、如選 6 時鐘/機器周期，外部時鐘頻率可降一半；3 、單片機時鐘振蕩器增益可設(shè)為 1/2gain。超低功耗1、掉電模式：典型功耗 0.1A；2、空閑模式：典型功耗 1.3mA；3、正常工作

44、模式：典型功耗 2.7mA-7mA；4、掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等?？稍诰€編程, 無需編程器, 可遠程升級；部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以不用，RESET 腳直接短到地。4.24.2 A/DA/D 的軟件控制的軟件控制AD7656 軟件控制的引腳連接（如圖 3.9 所示）如下：CS P2.7RD P2.6RESET P2.5DB07 P0.00.7DB815 P1.01.7BUSY INT0根據(jù)圖 3.6 所示 AD7656 的工作時序，轉(zhuǎn)換結(jié)束后 A/D 向 CPU 發(fā)送中斷請求，CPU 響應(yīng)后送片選信號給 A/D 進行讀數(shù)據(jù)操

45、作，每次讀一個通道，執(zhí)行三次讀數(shù)操作后一次中斷完成。 . . . 22 / 544.34.3程序流程圖程序流程圖程序流程圖如圖 4.1 所示。開機后經(jīng)過 1S 延時啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器工作，等待 A/D 轉(zhuǎn)換。A/D 在轉(zhuǎn)換結(jié)束后向單片機發(fā)送中斷請求，單片機相應(yīng)響應(yīng)中斷，通過 16 位并口從 A/D 讀數(shù)。當(dāng)單片機執(zhí)行 8 次中斷（讀到兩周器的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)）后，關(guān)中斷，同時讓 A/D 停止轉(zhuǎn)換，單片機工作在查詢方式，通過串口將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機，由計算機進行數(shù)據(jù)的處理。NN初始化開始轉(zhuǎn)換結(jié)束？進入中斷中斷 8 次？串口發(fā)送結(jié)束圖 4.1 程序流程圖4.44.4 示例程序示例程序系統(tǒng)在開機后需要一

46、個 1s 的延時來啟動 AD，下面以延時程序為例給出一段示例程序： . . . 23 / 54#include startup.h. /包含頭文件等#defineuint8 unsigned char /關(guān)鍵字的簡化與 AD 的控制連接void delay1ms(unsigned int K); /函數(shù)與變量聲明main()RS=1; /將 AD7656 復(fù)位 delay1ms(1000);RS=0; /開機 1s 延時后，啟動 ADwhile(1)void delay1ms(unsigned int K) unsigned int i,j; for(i=0;iK;i+) /多少個 1ms f

47、or(j=0;j=240;j+) /延時約為 1ms . . . 24 / 544.54.5 串口發(fā)送的硬件設(shè)計串口發(fā)送的硬件設(shè)計串口通信用到的主要芯片是 MAX232，它的低功耗關(guān)斷模式適合電池供電系統(tǒng)。外接電路簡單，很適合應(yīng)用于面積有限的印刷電路板。它有雙路電荷泵 DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器，RS232 驅(qū)動器、RS232 接收器，以與接收器與發(fā)送器使能控制輸入。MAX232 部有兩個電荷泵，將5V 轉(zhuǎn)換為10V(空載)，為 RS-232 驅(qū)動器提供工作電壓，第一個轉(zhuǎn)換器利用電容 C1 將5V輸入加倍，得到 V輸出端 C3 上的10V，第二個轉(zhuǎn)換器利用電容 C2 將10V 轉(zhuǎn)換為 V輸出端 C

48、4 上的10V?？梢詮?0V（V）和10V（V）輸出端獲取少量的電源功率，為外部電路供電。串口連接電路如圖 4.2 所示：圖 4.2 串口連接電路如圖 13，當(dāng)外部中斷執(zhí)行 8 次（A/D 采樣兩個周期）后，關(guān)外部中斷，這時 CPU 部存儲器中存放有 3 個字符數(shù)組，每個數(shù)組中有 16 個字節(jié)的字符數(shù)據(jù)，CPU 工作在查詢方式下，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機。 . . . 25 / 545 5測試結(jié)果與分析測試結(jié)果與分析5.15.1 分頻器電路測試分頻器電路測試用 DF4321（20MHz）型示波器測試，20MHz 晶振振蕩產(chǎn)生波形如下圖所示（掃描時間為 0.2S）：圖 5.1 晶振振蕩波形圖

49、5.2 212倍分頻輸出波形 . . . 26 / 54對晶振頻率 212倍分頻得到 5kHZ（掃描時間為 100S）激勵信號如圖5.2，其幅度約為 5V（電壓檔位在 2V 檔） 。5.25.2 功率驅(qū)動電路的測試功率驅(qū)動電路的測試功率放大后經(jīng)變壓器輸出波形，如圖 5.3 所示，電壓檔位在 1V 檔，其幅度為 2.5V。圖中掃描時間為 100s。圖 5.3 驅(qū)動電路輸出信號5.35.3 信號轉(zhuǎn)換電路測試信號轉(zhuǎn)換電路測試將分頻器的 29倍分頻輸出進行微分得到信號如圖 5.4 所示（掃描時間為 10s，電壓檔位在 2V 檔） 。對該信號進行整形后得到 A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動信號，如圖 5.5 所示，

50、頻率約 40kHz(掃描時間 10s)，電壓檔位在 2V檔。 . . . 27 / 54圖 5.4 微分后的波形圖 5.5 整形后的信號5.45.4 帶通濾波器的測試帶通濾波器的測試在其中一個傳感器的輸出如圖 5.6 所示，峰峰值的最大值約為90mV（電壓檔位在 20mV 檔） ，頻率約為 10kHz（圖中掃描時間的檔位在50s 檔） 。 . . . 28 / 54圖 5.6 傳感器輸出波形圖 5.7 濾波器輸出將傳感器輸出接到濾波器，在濾波器的輸出端得到二次諧波，波形如圖 5.7 所示，頻率約為 10kHz（掃描時間的檔位在 50s 檔） ，峰峰值約180mV（電壓檔位在 50mV） 。 .

51、 . . 29 / 546 6對三分量測量的通道差異進行校正的方案設(shè)計對三分量測量的通道差異進行校正的方案設(shè)計三分量磁通門地磁場檢測裝置在設(shè)計制作中的難點是進行三分量測量時，對各分量進行前置處理的各個通道，其增益不可能完全一致，這會導(dǎo)致測量誤差，影響測量結(jié)果的準確性和可靠性。下面對此問題提出兩種解決方案：6.16.1 方案方案 1 1：通過硬件電路的調(diào)試進行校正：通過硬件電路的調(diào)試進行校正硬件校正的原理是：三分量信號的通道增益差異是在前置電路傳感器輸出和信號處理過程中產(chǎn)生的，也就是說各通道的選頻放大環(huán)節(jié)的差異和傳感器之間的差異是產(chǎn)生這種差異的主要原因，這些都可以通過調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)來糾正。

52、具體的調(diào)節(jié)方法，將圖 3.4 所示的選頻放大電路的后級放大電路改成圖 6.1 所示增益可調(diào)的放大器。在校正時，將三分量磁通門傳感器固定好之后，用其中一個傳感器分別對用三個通道進行測試，通過調(diào)節(jié)圖中的變阻器來調(diào)節(jié)通道增益，使各通道的測量結(jié)果相符合。圖 6.1 增益可微調(diào)的后級放大 . . . 30 / 54利用調(diào)節(jié)放大器增益的方法進行校正，這種方案的特點是：調(diào)試方便，但需要對原來設(shè)計的硬件電路做修改。6.26.2 方案方案 2 2：通過軟件編程對測量結(jié)果進行校正：通過軟件編程對測量結(jié)果進行校正采用硬件電路調(diào)試的方法，是對測量信號進行幅度的校正，從而達到準確測量的目的。實際上，我們可以用編程的方法

53、引入校正系數(shù)直接對測量結(jié)果進行校正。下面詳細介紹一下軟件校正的具體方法：首先為方便敘述，我們對傳感器和各信號通道進行標記，將三分量傳感器固定好之后，將三個傳感器分別標記為 A、B、C，同樣將三個信號通道分別標記為 X、Y、Z。接下來進行三次測量：第一次，用 X 通道測量傳感器 A 輸出，Y 通道測量傳感器 B 輸出，Z 通道測量傳感器 C 輸出，記錄測量數(shù)據(jù)ax、by、cz；第二次，用 X 通道測量傳感器 B 輸出，Y 通道測量傳感器C 輸出，Z 通道測量傳感器 A 輸出，記錄測量數(shù)據(jù)bx、cy、az；第三次，用 X 通道測量傳感器 C 輸出，Y 通道測量傳感器 A 輸出，Z 通道測量傳感器

54、B 輸出，記錄測量數(shù)據(jù)cx、ay、bz。進行以下計算：3/13/13/13/13/13/13/13/13/13/13/13/1zyxrzzzzyyyyxxxxcbacbacba 6.1計算出了xyz和r，就可以得到各通道的校正系數(shù)： . . . 31 / 54/zrJzyrJyxrJx 6.2計算機在完成數(shù)據(jù)處理后，只要對相應(yīng)的通道數(shù)據(jù)乘以校正系數(shù)就可以得到準確可靠的測量數(shù)據(jù)。總結(jié)總結(jié)設(shè)計的檢測裝置能夠檢測到地磁場三個分量的磁場信號，信號經(jīng)前置電路濾波放大后得到測量需要的二次諧波，AD7656 對該二次諧波進行四倍頻采樣，每次采樣的 16 位數(shù)據(jù)在中斷工作方式下 16 位并行傳輸?shù)絾纹瑱C，當(dāng)單

55、片機接收到兩個周期的數(shù)據(jù)后，關(guān)中斷，單片機工作在查詢方式將讀到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口電路發(fā)送到計算機。設(shè)計中用到了高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)和單片機的中斷服務(wù)與串口通信。16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用 SAR 型 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD7656，采用+5V 和9V 電源供電，輸出數(shù)據(jù)為 16 位二進制數(shù)。單片機采用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C54RD+單片機，用 KEIL C51 編程軟件應(yīng)用 C 語言編程。設(shè)計主要利用單片機的外部中斷和串口通信。設(shè)計給出了計算機數(shù)據(jù)處理的具體方法，測量數(shù)據(jù)可以發(fā)送到計算機進行處理和分析。 . . . 32 / 54參考文獻與參考資料參考文獻與參考資料1 王君，凌振寶. 傳感器原理與檢測技

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58、參考信號頻率自調(diào)整的數(shù)字相敏檢波器算法的研究. 1998.415 宏祥. AD7656 在測量中的應(yīng)用. 2007.716 14 位二進制分頻/計數(shù)器資料. 74HC4060.pdf .21ic. 2009.317 TTL 電平轉(zhuǎn)換電路資料. MAX232.pdf .21ic. 2009.318 16 位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器資料. AD7656.pdf .21ic. 2009.319 單片機資料 STC89C54RD+.pdf .MCU-Memory. 宏晶公司. . 2009.5 . . . 34 / 54致致這篇論文是在段清明老師的悉心指導(dǎo)下完成的。論文從開題、容研究到最后的審閱定稿都凝聚了段老

59、師大量的心血。借此機會，我衷心地感段老師對我的指導(dǎo)。段老師學(xué)術(shù)不僅學(xué)識淵博，治學(xué)嚴謹，而且有著執(zhí)著的敬業(yè)精神和誨人不倦的育人態(tài)度，這些值得我們尊敬，更加值得我們學(xué)習(xí)。在段老師的指導(dǎo)下，我不止在學(xué)習(xí)得到了很大進步，學(xué)到了更多的專業(yè)知識，更為值得的是在精神上獲得了一次洗禮。在此，謹向段老師致以崇高的意。由衷地感儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院的全體老師，感你們在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助和指導(dǎo)。你們在教學(xué)和科研中忘我的工作精神感染了我，循循善誘的悉心教導(dǎo)，陪伴我走過了四年的大學(xué)生活，同時你們也將是我 . . . 35 / 54今后工作中學(xué)習(xí)的榜樣。感尚新磊學(xué)長和吳海燕學(xué)姐對我的幫助和建議，他們在緊忙碌的學(xué)習(xí)研

60、究過程中仍不厭其煩的給我提供技術(shù)上的支持。感 650505 班的所有同學(xué)在過去四年的學(xué)習(xí)生活中對我的幫助與支持，感你們給我創(chuàng)造了一個輕松、愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境。尤其是王煜琦和宗發(fā)保同學(xué)，感兩位多次為我提供幫助。此刻，請允許我向多年來教誨和支持我的父母與兄長表達我的感，我的成長過程凝聚著你們對我的無私的愛和殷切的期望。最后向文中引用到的學(xué)術(shù)論著與研究成果的作者們，向眾多學(xué)者前輩致以誠摯的感，也感將為本文審稿的所有老師，您的寶貴意見將使我受益匪淺。英文翻譯英文翻譯性能：性能：片集成 6 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換真正的雙極性模擬輸入10V，5V 輸入電壓圍可用引腳/軟件選擇高吞吐率：可達到 250kSPS電源 4.5