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。當編碼協議發生改變時,只需對編碼指令作少量修改，具有很強的靈活性。目前，該設計在產品中已得到實際應用。

　　關鍵詞： STM32； 霍爾傳感器； 可編程； 微控制器； DAC； 過流保護

　　隨著電子技術的發展，霍爾傳感器在精密測量、消費電子工業、醫療保健特別是汽車電子領域得到了出色應用。霍爾傳感器是一種能實現磁電轉換的傳感器，可以將磁場信號轉換為電壓信號輸出。本文使用的Allegro1675 開關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生的差分磁信號而進行開關操作，廣泛用于轉速、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不同的功能，這就要求根據不同的用途來進行相應的參數設定。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標定的編程器，以有效代替原有的ASEK BOX編程器。此方案實現方法簡單，穩定，靈活，有效解決了ASEK BOX產能不足的問題，在工業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內核,最高時鐘頻率可達72 MHz，包括512 KB片內Flash、64 KB片內RAM、ADC、DAC、看門狗定時器、12位模/數轉換器以及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]，非常適合工業應用。

　　3 系統整體設計

　　系統結構如圖1所示,該系統由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，實現上位機對編程器的指令控制以及軟件的調試工作，該USB接口通過串口轉換芯片FT232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的內置D/A轉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電壓轉為32 V供運算放大器使用。為了使輸出值達到要求范圍內，使用STM32自帶的A/D轉換器的注入型通道，配合定時器以一定的采樣頻率對輸出參數進行采樣，配合程序中的電壓調整算法，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設置為規則組通道以及連續轉換模式，通過ADC不斷掃描INA193的1腳電壓值來監測實時電流。同時，軟件端啟用STM32的看門狗功能，當采樣值大于預設閾值，則觸發看門狗中斷，啟動軟件保護，將PT1端置高，FDN36P截止，實現由軟件斷開電源，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構成單穩態觸發器。當INA193檢測到電流超過1 A時，比較器輸出低電平，觸發單穩態，此時555輸出端由低電平跳變為高電平，電路由穩態轉為暫穩態，FDN36P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，FDN36P導通,電路繼續供電,如果此時INA193檢測電流依然過大,則再次觸發定時器，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

　　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，實現對傳感器參數的編程調整。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7個Vpm脈沖序列使霍爾傳感器進入到Baseline 設置，連續輸入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，根據需要在要求的磁場點進行編程。編程的過程中，根據器件的實際用途和各項性能參數指標分別編程，精確調整磁場的工作點位置。圖5(c)為鎖定位設置階段，施加128個連續的鎖定脈沖，最后，輸出一個寬脈沖燒斷芯片內置的熔絲[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制，這樣就確保了設置的參數不再改變。以上3個過程實現了對產品參數的編程鎖定。

　　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根據發送命令不斷輸出電壓；另一方面ADC不斷檢測輸出電壓，然后根據電壓調整算法不斷調整DAC輸出的值。根據霍爾傳感器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

　　[1] 單祥茹.基礎元件介紹——傳感器（三）[J].中國電子商情(基礎電子),2011(12):81-82.

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

       [3] STMicroelectronics.STM32F10xxx reference manual(RM0008)[Z]. 2010.

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

　　[5] 譚琦耀.基于555電路的單穩態觸摸開關設計[J].煤炭技術，2012,31(6):6-62.

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