基于arm微波频率自动测量系统设计

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1、基于ARM微波频率自动测量系统设计　　【摘要】本系统采用三星公司的ARM处理芯片S3C44B0为核心，设计了步进电机控制的微波频率自动测量电路，通过控制步进电机的微小转动，采集谐振腔检波电流大小通过串口传送到上位机LabVIEW界面中显示处理测量。测试结果表明，该系统提高了测量精度，减少了人为因素造成的误差，效率明显提高，且操作界面简单易懂，能够满足实验教学要求。【关键词】速调管电源；处理器S3C44B0；LabVIEW；步进电机1.引言通常微波所指的是分米波、厘米波和毫米波。关于其频率范围，一种说法是：相

2、应的自由空间中的波长约为1m～1mm。微波技术的兴起和蓬勃发展，使得国内大多数高校都开设微波技术课程。但还存在以下问题：测量时，由手工逐点移动探头并记录各点读数，然后手工计算实验结果并绘图。测量项目单一、精度低、测量周期长，操作也较为繁琐。本文主要研究一种实用的基于Labview的速调管微波频率自动测量系统。2.系统整体结构8系统的整体结构如图2-1所示。由下位机跟上位机构成。微处理器通过驱动电路来控制步进电机，带动谐振式频率计的套筒转动，处理器采样检波电流，传送到上位机LabVIEW界面显示，并利用PC机

3、强大的数据处理功能，分析出电流最小值，计算出所测频率。3.系统硬件设计3.1微处理器系统电路的设计本系统选用的微处理器是S3C44B0。2.5VARM7TDMI内核，3.0～3.6V的I/O操作电压范围。可通过PLL锁相环倍频高至66MHz；71个通用I/O口；内嵌有8通道10位ADC，本系统选取了通道1作为晶体检波器电流输入通道。3.2复位电路系统没有采用RC电路作为复位电路，而使用了电压监控芯片SP708SE，提高了系统的可靠性。复位电路的端连接到S3C44B0的复位引脚nRESET，因为S3C44B0

4、的复位信号是低电平有效，所以当系统掉电或复位按键SW_RST被按下时，电源监控芯片引脚立即输出复位信号，使S3C44B0芯片复位。3.3谐振式频率计自动测量电路的设计3.3.1定标法测频率原理8为了实现频率的自动化测量，本系统采用步进电机带动频率计的转动，当腔体转到了谐振位置时候，到达检波器的微波功率明显下降，检波电流出现明显的下降，而这个位置对应的频率就是所测频率。步进电机带动下的是非只读式频率计，所以先要用定标的方法，拟合出频率与刻度的对应关系式。定标法：同时配合两种频率计，一种是只读式的，可直接读出频

5、率；另一种是非只读式的，只有刻度，不能直接读出频率。首先手动转动非只读式频率计到一个谐振的位置，记录这时的刻度，然后再转动只读式频率计，到另外一个谐振位置，记录对应的频率。重复这种操作，测出尽量多的频率和刻度对应点，根据测得数据再用最小二乘法拟合出两者的对应关系式。最后改换用步进电机带动非只读式频率计转动，当转动到检波电流出现明显的“吸收谷”时，读得这时的刻度，根据拟合出来的刻度与频率关系式，就可得所测频率。3.3.2步进电机及自动控制电路步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动

6、器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，达到调速的目的。8本系统采用二相步进电机，具有如下一些特点：只需将电机与驱动器接线的A+和A-（或者B+和B-）对调即可实现电机的转动方向；步进角为1.8°的两相四线混合式步进电机，并把细分驱动器的细分数设置为8，电机的运转分辨率为每个脉冲0.225°。为了有效驱动电机，本文采用了基于TA8435H芯片的驱动电路。实际应用电路如下图3-

7、2所示，芯片的输入信号有使能控制、正反转控制和时钟输入。通过光耦器件TLP521可将驱动芯片跟输入级进行电隔离，起到逻辑电平隔离和保护作用。M1，M2分别接高电平，所以为1/8细分方式。由于REFIN引脚接高电平，因此VNF为0.8V。输出级斩波电流为VNF/RNF=0.8/0.8=1A，因此R212、R213要选用功率大一些的电阻。选用不同的二相步进电机时，应根据其电流大小选择合适的R212和R213。R21和C5组成复位电路，D1～D4快恢复二极管可用来泄放绕组电流。电路中用到微处理器S3C44B0引脚

8、PC0，PC1，PC2给驱动电路分别输出使能，正反转，时钟信号，通过控制输出脉冲的间隔可以控制电机转动的速率，而输出脉冲个数可控制步进电机走动的步数，达到控制频率计腔体位置目的。电路输出端口接二相步进电机对应输入端子。3.3.3检波电流I/V转换及放大电路检波晶体的作用是将微波微弱信号转换成直流信号。故可观察检波电流是否出现“吸收波谷”来判断腔体是否到达谐振位置。本系统将检波电流经过处理之后传送到上位机的LabV