基于單片機的微波脈沖功率測試系統

1工作原理

　　本系統充分利用89C51單片機的控制和計算能力，采用MCS-51匯編語(yǔ)言，設計了一種基于平均功率法的微波脈沖測試系統。

　　平均功率法測量的是射頻脈沖復重周期的平均功率，并采用輔助方法測出脈沖的占空系數。設脈沖為矩形，寬度為τ，重復周期為T(mén)。則脈沖峰值功率為：

　　上式中，Q=τ/T是射頻脈沖的占空系數。

　　測量時(shí)，用示波器顯示其脈沖波形，并測量脈沖重復周期T和寬度τ。用測量連續波功率的方法測出脈沖的平均功率Pav。

　　當使用衰減器和定向耦合器時(shí)，若衰減器兩端匹配時(shí)的衰減量為A(dB)，定向耦合器的過(guò)渡衰減量為C(dB)，方向性為無(wú)窮大，則脈沖峰值功率為 　當脈沖為非理想矩形時(shí)，須乘以修正系數K進(jìn)行修正，即Ppp=(KPavT/τ)×10(A+C)/10。K等于實(shí)際脈沖的峰值功率電平與具有同樣寬度和面積的等效矩形脈沖電平之比。K經(jīng)常是估計的，理想矩形脈沖K=1。

　　2硬件組成

　　本系統硬件主要由測量模塊和控制模塊組成。

　　2.1測量模塊　　

　　在測量模塊中，微波信號被轉換成易于進(jìn)一步變換并用低頻裝置加以測量的電信號。測量模塊主要由可調衰減器、定向耦合器、匹配負載、峰值檢波器、示波器、熱電偶等組成，如圖1所示。

　　微波功率經(jīng)可調衰減器先進(jìn)行一定量的衰減，再由定向耦合器耦合部分能量分別送到熱電偶和峰值檢波器，其余大部分能量由匹配負載吸收。送往峰值檢波器的信號由示波器顯示其脈沖波形，并測量脈沖重復周期T和寬度τ。送往熱電偶的信號由熱電偶轉換成電壓信號，送往控制模塊進(jìn)行處理。

　　2.2控制模塊

　　控制模塊將測量模塊的輸出信號進(jìn)行處理和顯示并控制整個(gè)系統的運行，由89C51單片機系統實(shí)現其功能，分為4個(gè)部分：人機接口、信號采集通道、串行通信及微處理器，其組成如圖2所示。

　　微波信號經(jīng)測量模塊轉換成電壓信號，送到輸入電路，進(jìn)行模數轉換，然后由89C51進(jìn)行數據采集、保存、處理，最后在顯示器上顯示。利用89C51的串行通信資源，經(jīng)RS232電平轉換，可與PC機進(jìn)行通信。利用鍵盤(pán)可進(jìn)行參數設置和操作控制。

　　2.2.1人機接口部分

　　系統采用通用型可編程鍵盤(pán)和LED顯示器專(zhuān)用智能控制芯片HD7279A，同時(shí)管理8位共陰極LED顯示器和多達64鍵鍵盤(pán)，它具有自動(dòng)掃描顯示、自動(dòng)識別按鍵代碼、自動(dòng)消除抖動(dòng)等功能。HD7279A和微處理器之間采用串行通信，僅占用4根口線(xiàn)，與微處理器之間的接口電路簡(jiǎn)單，芯片內部具有驅動(dòng)電路，可直接驅動(dòng)1英寸及以下的LED數碼管，還具有2種譯碼方式的譯碼電路，外圍電路也簡(jiǎn)單可靠。鍵盤(pán)主要由功能鍵和數字鍵構成。顯示器由6個(gè)數碼管組成，前4個(gè)顯示數值，后2個(gè)顯示單位。

　　2.2.2信號采集通道

　　信號采集通道主要器件是A/D轉換器MC1433。它是具有零漂補償的3位半(BCD碼)單片雙積分式A/D轉換器，該芯片只需外加2個(gè)電容和2個(gè)電阻就能實(shí)現A/D轉換功能。信號采集通道還包括量程切換電路、調零電路等。

　　2.2.3串行通信

　　本系統利用89C51中的串口資源和時(shí)鐘資源實(shí)現和PC的串口通信，利用RS232實(shí)現電平轉換。

　　2.2.4微處理器

　　本系統所用的MCS-51單片機，采用單總線(xiàn)結構，片內帶振蕩器，可輸出時(shí)鐘信號；1個(gè)全雙工串行I/O接口，可多機通信；它具有16位地址總線(xiàn)，尋址范圍廣，有強的位尋址、位處理能力；有豐富、簡(jiǎn)明的指令系統。

　　3軟件表達

　　本系統軟件采用MCS-51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，利用Cygnal集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)進(jìn)行下載調試。系統軟件主要由以下兩部分構成：監控模塊和數據采集處理模塊。

　　3.1監控模塊

　　這一部分實(shí)現人機交互功能、系統初始化、系統自檢、系統調零以及實(shí)現整個(gè)系統的控制，包括鍵盤(pán)分析程序、調零程序等。鍵盤(pán)分析程序采用狀態(tài)分析法編寫(xiě)，對鍵盤(pán)的操作作出識別并調用相應的功能程序模塊完成預定的任務(wù)?；究驁D如圖3(a)。

3.2數據采集處理模塊

　　本模塊根據系統設置的功能和工作方式，控制I/O接口電路進(jìn)行數據采集、存儲；按照系統設置的參數，對采集的數據進(jìn)行相關(guān)處理；管理通信接口，實(shí)現遠程管理。包括自動(dòng)量程轉換程序、A/D轉換程序、超限報警程序、顯示程序等?；究驁D如圖3(b)。
　

4誤差分析　　

　　本系統的誤差主要包括以下幾個(gè)分量：(1)測量功率平均值的誤差；(2)測量脈沖寬度的誤差；(3)測量脈沖重復頻率的誤差；(4)確定可調衰減器衰減量的誤差；(5)確定定向耦合器傳輸系數的誤差。

　　誤差處理方法：前3項誤差主要是測量部分的誤差(即儀表誤差)，可利用數學(xué)方法處理，采用更精確的外部指示器進(jìn)行校正，引入修正量，便可減少測量部分的誤差。后2項誤差可通過(guò)選用更精密的元件來(lái)減少誤差。


　　本文提出的測試系統已在某武器裝備微波脈沖功率測量中使用，取得了良好的效果。