霍尔元件详解
霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速，如录像机的磁鼓，电脑中的散热风扇等；是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。
工作原理
霍尔元件应用霍尔效应的半导体。
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。
利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为：
UH=RHIB/d （1） RH=1/nq（金属） （2）式中 RH――霍尔系数；n――单位体积内载流子或自由电子的个数；q――电子电量；I――通过的电流；B――垂直于I的磁感应强度；d――导体的厚度。
对于半导体和铁磁金属，霍尔系数表达式和式（2）不同，此处从略。
由于通电导线周围存在磁场，其大小和导线中的电流成正比，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。其优点是不和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。
若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。
利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
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。
元件分类
按照霍尔元件的功能可将它们分为： 霍尔线性器件 和 霍尔开关器件 。前者输出模拟量，后者输出数字量。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。
霍尔开关
按照霍尔开关的感应方式可将它们分为：单极性霍尔开关、双极性霍尔开关、全极性霍尔开关。
单极性霍尔开关的感应方式：磁场的一个磁极靠近它，输出低电位电压（低电平）或关的信号，磁场磁极离开它输出高电位电压（高电平）或开的信号，但要注意的是，单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效，一般是正面感应磁场S极，反面感应N极。
双极性霍尔开关的感应方式：因为磁场有两个磁极N、S（正磁或负磁），所以两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关（高低电平），它一般具有锁定的作用，也就是说当磁极离开后，霍尔输出信号不发生改变，直到另一个磁极感应。另外，双极性霍尔开关的初始状态是随机输出，有可能是高电平，也有可能是低电平。
全极性霍尔开关的感应方式：全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似，区别在于，单极性霍尔开关会指定磁极，而全极性霍尔开关不会指定磁极，任何磁极靠近输出低电平信号，离开输出高电平信号。
线性霍尔
线性霍尔元件是一种模拟信号输出的磁传感器，输出电压随输入的磁力密度线性变化。
线性霍尔效应传感器 IC 的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态（无磁场）时，从理论上讲，输出应等于在工作电压及工作温度范围内的电源电压的一半。增加南极磁场将增加来自其静态电压的电压。相反，增加北极磁场将增加来自其静态电压的电压。这些部件可测量电流的角、接近性、运动及磁通量。它们能够以磁力驱动的方式反映机械事件。
霍尔元件电路图（一）
恒流工作电路
温度变化引起霍尔元件的输入电阻变化，从而使控制电流发生变化带来误差，为了减少这种误差，常采用恒流源供电，如图1所示。在恒流工作条件下，没有霍尔元件输入电阻和磁阻效应的影响。
霍尔元件电路图（二）
恒压工作电路
恒压工作比恒流工作的性能要差些，只适用于精度要求不太高的地方，如图2所示。
霍尔元件电路图（三）
差分放大电路
霍尔元件的输出电压一般较小，需要用放大电路放大其输出电压。为了获得较好的放大效果，需采用差分放大电路，如图3所示。使用一个运算放大器时，霍尔元件的输出电阻可能会大于运算放大器的输入电阻，从而产生误差，而采用图4所示的电路，则不存在这个问题。
霍尔元件电路图（四）
霍尔元件的应用电路图
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单片机电流检测电路图（一）
高精度直流电压比的单片机测量电路设计
本文介绍的测量电路，具有结构简单、价格低廉、精度高、抗干扰能力强等特点。该测量电路和程序已实际应用于压敏电阻的非线性指数α的测试仪表中。这里的α=1/log（V1/V2）。
MAXIMICL7135简介
MAXIMICL7135是CMOS单片4（1/2）位（十进制）双积分型高精度A/D转换器，除基准电压、显示驱动器和时钟之外，还包括双积分式转换器所需的全部有源器件，具有自动校零和自动极性转换功能。MAXIMICL7135的封装形式为DIP28，引脚功能如表1所列。
MAXIMICL7135每个测量周期包括三个阶段：从启动A/D转换开始为“自动校零（A/Z）”阶段，时间长度固定为10001TCL。TCL为外加时钟周期。其后，为对被测电压信号积分（INT）阶段，持续时间10000TCL。最后，为对基准电压反向积分（DE）阶段，持续的时间与被测电压信号大小有关，最大为20001TCL。一个完整的转换周期需要40002个时钟脉冲，如图1所示。
直流电压比的测量方法及硬件电路
通常，直流电压比的测量方法是将两模拟量V1、V2分别经A/D转换后，再进行浮点除运算。这样做，不仅实现的电路复杂，速度慢，而且两次测量后再进行数据处理将会产生积累误差，影响精度。我们采用1片MAXIMICL7135芯片，经1个测量周期后，就可直接得到V1/V2的值。
根据双积分ADC的原理，调零阶段后，首先对被测模拟信号V1积分（采样阶段），即对积分电容CINT充电，经过时间t1后，有
据式（3），若把被测模拟电压V2作为基准电压输入，则可得V1/V2即为采样阶段和测量阶段所需的振荡脉冲个数之比。由图1可知，当被测电压V1积分阶段一开始，BUSY端即输出高电平，并一直维持到积分器过零后的第一个振荡脉冲（在过量程时，其高电平保持到转换周期结束）。所以，只要测出BUSY信号维持为高电平期间振荡脉冲的个数，而N=10000，则可得NX。直流电压比的实用测量电路如图2所示，由单片机AT89C2051、A/D转换器MAXIMICL7135和显示电路（图中未画出）组成。将R/H与P1.0连接，实现程序启动A/D转换。STB与P3.2（INT0）引脚连接，用第一个STB负脉冲作为转换结束信号，并向CPU请求中断。BUSY与P3.3（INT1）引脚连接，使AT89C2051内部定时器T1对时钟信号CLK的计数受BUSY的控制。若单片机的fOSC=12MHz，则ALE引脚输出的2MHz信号经74ls161构成的8分频电路，得到频率为250kHz的信号作为MAXIMICL7135的时钟。本电路测量范围：V1/V2《2（0.0000~1.9999）。
软件设计
主程序完成初始化、启动A/D转换、数据显示，AT89C2051的定时器T1工作在方式1，对外部事件计数，外中断0工作在边沿触发方式。外中断0的中断服务程序完成转换数据读出、处理工作。图3、图4分别为主程序和中断服务程序流程图，另外，给出初始化程序段。
单片机电流检测电路图（二）
51单片机的电压电流检测系统
本设计采用at89c51为主控芯片，外部采用ADC0804作为电压采集芯片，外部电压最高为10V，而ADC0804最高电压为+5V，所以模拟量连接入ADC芯片之前，首先用电阻分压，把待测电压分为原来的一半，这样所检测的电压就用0-10V变成了0-5V，符合ADC芯片的输入要求，在检测电压后，经过单片机处理后，在在原来的电压基础上乘以2则可以恢复以前的待测电压。
电压报警电路则由一路继电器和发光二极管，以及喇叭所组成。当ADC芯片所检测的电压超过一定的限制，则使特定的IO口变成低电平，导通PNP三极管，使继电器导通，发光LED和喇叭行成压降。产生报警。
由ADC芯片采集的电压值，和由电阻所变换计算出的电流值，在LCD上显示。
报警电压由两个按键所设定，当按键一按下则报警值加0.1V，当按键二按下则报警值减掉0.1V。
片机内部随时把采集电压和报警电压进行比较，当采集电压高过报警电压，则启动报警。
整体电路图
仿真图形
电压，电流显示电路
声光报警电路
按键设置电路
本次设计由于protues中的12864只有不带字库的液晶显示器，操作极为复杂。由于时间问题。软件程序仅仅调试了液晶1602显示器。相信只要有时间12864的显示也一定能够完成。
单片机电流检测电路图（三）
它的主要功能是完成对过电压的瞬时值和峰值的检测、过电压次数的检测、电源输出电压和电流的检测，并通过键盘的操作显示出各个检测值的大小；同时通过485接口和上位机实现通信，在有过电压的时候通过控制电路启动备用电源，实现对电源本身的保护。
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