摘  要： 介紹了該傳感器的特性,著重介紹了該傳感器的編程方法以及利用ARM芯片STM32的軟硬件設計方案。當編碼協(xié)議發(fā)生改變時,只需對編碼指令作少量修改，具有很強的靈活性。目前，該設計在產(chǎn)品中已得到實際應用。

　　關(guān)鍵詞： STM32； 霍爾傳感器； 可編程； 微控制器； DAC； 過流保護

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾傳感器在精密測量、消費電子工業(yè)、醫(yī)療保健特別是汽車電子領(lǐng)域得到了出色應用?；魻杺鞲衅魇且环N能實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的傳感器，可以將磁場信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。本文使用的Allegro1675 開關(guān)型霍爾傳感器是一款零速齒輪傳感器，該傳感器采用了單一的霍爾元件IC，該IC可響應鐵氧體目標產(chǎn)生的差分磁信號而進行開關(guān)操作，廣泛用于轉(zhuǎn)速、汽車電子等應用[1]。

　　在實際使用時，霍爾傳感器在不同應用中往往實現(xiàn)不同的功能，這就要求根據(jù)不同的用途來進行相應的參數(shù)設定。因此，在此設計的可編程霍爾傳感器可以對其磁場工作點、線性靈敏度等參數(shù)進行出廠后編程，來滿足實際需要。

　　本文針對Allegro1675霍爾傳感器,使用ST公司的STM32F103VET6微控制器，設計了一款傳感器參數(shù)標定的編程器，以有效代替原有的ASEK BOX編程器。此方案實現(xiàn)方法簡單，穩(wěn)定，靈活，有效解決了ASEK BOX產(chǎn)能不足的問題，在工業(yè)中可以得到更加廣泛的應用。

　　1 Allegro1675介紹

　　A1675共有VCC、GND、TEST和OUT4個引腳。VCC既是供電電源的輸入，也是傳感器編程模式的接口[2]。OUT作為信號的輸出腳。TEST作為編程后的測試接口。

　　2 控制芯片STM32F103VET6簡介

　　控制器采用ST公司的STM32F103VET6作為控制芯片,基于ARM Cortex-M3內(nèi)核,最高時鐘頻率可達72 MHz，包括512 KB片內(nèi)Flash、64 KB片內(nèi)RAM、ADC、DAC、看門狗定時器、12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器以及USART、CAN、USB接口等[3]。該控制器具有豐富的外設，同時兼具低功耗以及高可靠性和可維護性[4]，非常適合工業(yè)應用。

　　3 系統(tǒng)整體設計

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,該系統(tǒng)由PC上位機、STM32處理器、電壓放大電路、電流保護電路、霍爾傳感器等模塊組成。PC上位機通過USB接口與編程器相連，實現(xiàn)上位機對編程器的指令控制以及軟件的調(diào)試工作，該USB接口通過串口轉(zhuǎn)換芯片F(xiàn)T232得到。

　　4 編程器硬件電路設計

　　4.1電壓放大及反饋電路設計

　　此設計中，利用STM32的內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出一個電壓值，通過運放opa170之后得到編程所需的電壓值。編程電壓最高需要達到30 V，這里使用MIC2287將5 V電壓轉(zhuǎn)為32 V供運算放大器使用。為了使輸出值達到要求范圍內(nèi)，使用STM32自帶的A/D轉(zhuǎn)換器的注入型通道，配合定時器以一定的采樣頻率對輸出參數(shù)進行采樣，配合程序中的電壓調(diào)整算法，輸出符合要求的電壓值。具體電路如圖2所示，受限于STM32本身原因，STM32的D/A輸出最小值在200 mV左右，因此，放大器的輸出端無法輸出0~3 V的電壓。

　　為了消除誤差，可以在放大器的反相端增加一個補償電路，參考電壓為0.5 V，根據(jù)電路的反饋，可以得到：

　　對式(1)帶入R1、R2、R3、R4的值，得到Vout=18 Vdac-V0.5。所以當DAC輸出的值為0.5 V時，放大器輸出端可以輸出為0 V的值，避免了0~3V的限制。同時，利用精密電阻R5、R6將反饋電壓送至ADC中檢測，完成電壓的自適應調(diào)整。

　　4.2 電流放大及過流保護電路設計

　　傳感器波形燒錄過程中，會產(chǎn)生250 mA的電流，所以此處使用了ZXGD3003A電流放大器。同時，在使用過程中，由于操作不當或者負載短路等情況的產(chǎn)生，會造成燒錄器以及傳感器的損傷，因此過流保護在電路設計中是非常重要的。本設計采用了軟件保護與硬件保護雙重措施，具體電路設計如圖3所示。

　　(1)軟件保護端：INA193為電流監(jiān)控器，OUT腳為20倍放大R12口兩端的電壓。將處理器STM32的ADC設置為規(guī)則組通道以及連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，通過ADC不斷掃描INA193的1腳電壓值來監(jiān)測實時電流。同時，軟件端啟用STM32的看門狗功能，當采樣值大于預設閾值，則觸發(fā)看門狗中斷，啟動軟件保護，將PT1端置高，F(xiàn)DN36P截止，實現(xiàn)由軟件斷開電源，停止對燒錄芯片供電。

　　(2)硬件保護端：電壓跟隨器、比較器以及555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當INA193檢測到電流超過1 A時，比較器輸出低電平，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，此時555輸出端由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑娐酚煞€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，F(xiàn)DN36P截止，霍爾傳感器與電路斷開。此時,VCC給電容C4充電,當555定時器7腳升到2 VCC/3時，555輸出端由高電平跳變低電平，F(xiàn)DN36P導通,電路繼續(xù)供電,如果此時INA193檢測電流依然過大,則再次觸發(fā)定時器，斷開電路。這樣形成了一個反復嘗試導通的過程，直至電路電流正常。這種硬件電路反應時間快，可以有效保護電路[5]。

　　5 可編程技術(shù)

　　這種可編程傳感器通過在VCC端施加不同幅度和寬度的脈沖來對應不同代碼的編程動作，實現(xiàn)對傳感器參數(shù)的編程調(diào)整。在編程過程中，分別設定3個不同的電壓進行編碼設置，分別是高電壓Vph、中電壓Vpm和低電壓Vpl,如圖4所示。圖中td(1)、td(0)分別為高、低電壓脈沖時間，根據(jù)編寫代碼位的不同，燒斷熔絲時間td(p)x設置也不相同。短沖的作用是區(qū)分不同的編程代碼位；長脈沖的作用是燒斷熔絲，完成鎖定。

　　霍爾傳感器編程有以下3個步驟：開啟編程模式、設置工作點、設置鎖定位。如圖5(a)所示，在編程模式開啟階段，輸入有序脈沖至傳感器電源端使霍爾傳感器設置到編程模式，輸入連續(xù)7個Vpm脈沖序列使霍爾傳感器進入到Baseline 設置，連續(xù)輸入6個Vpm脈沖使霍爾傳感器進入到TPOS設置。圖5(b)中，工作點編程設置階段，根據(jù)需要在要求的磁場點進行編程。編程的過程中，根據(jù)器件的實際用途和各項性能參數(shù)指標分別編程，精確調(diào)整磁場的工作點位置。圖5(c)為鎖定位設置階段，施加128個連續(xù)的鎖定脈沖，最后，輸出一個寬脈沖燒斷芯片內(nèi)置的熔絲[6]。此時，所有寄存器將被鎖定，傳感器不再響應供電電壓的調(diào)制，這樣就確保了設置的參數(shù)不再改變。以上3個過程實現(xiàn)了對產(chǎn)品參數(shù)的編程鎖定。

　　6 軟件設計

　　STM32控制程序通過C語言編寫，主要通過DAC的輸出以及ADC的檢測完成各種電源輸出的設置。一方面DAC根據(jù)發(fā)送命令不斷輸出電壓；另一方面ADC不斷檢測輸出電壓，然后根據(jù)電壓調(diào)整算法不斷調(diào)整DAC輸出的值。根據(jù)霍爾傳感器A1675的波形燒錄要求，完成各項波形的設置以及燒寫。主程序流程圖如圖6所示。

　　7 方案驗證

　　對圖3所示電路的輸出端測量燒錄霍爾傳感器的波形，圖5(a)的實際波形如圖7所示。Vph、Vpm、Vpl、0值均達到了精度要求，符合傳感器編碼波形的要求。

　　該設計方案完成了對霍爾傳感器的編程器的軟硬件設計。系統(tǒng)包含了電壓的預設、采樣、校準以及輸出保護電路，成功完成了對霍爾傳感器的編程燒寫。目前，本設計方案已成功實現(xiàn)霍爾傳感器在位置檢測以及速度檢測等方面的應用。

　　參考文獻

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　　[2] 吳志紅，管志華，朱元.ModBus協(xié)議下的線性霍爾傳感器編程器[J].設計應2011,18(10):53-56.

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　　[4] 張勇，董浩斌. 基于STM32和LabVIEW的地震數(shù)據(jù)采集卡的設計[J].電子技術(shù)2012,38(10):72-74.

　　[5] 譚琦耀.基于555電路的單穩(wěn)態(tài)觸摸開關(guān)設計[J].煤炭技術(shù)，2012,31(6):6-62.

　　[6] 張浩.霍爾集成電路設計及其測試系統(tǒng)的研發(fā)[D].蘭州：蘭州大學，2010.