基于MCS-51單片機的微波脈沖功率測試系統(tǒng)

1工作原理

　　本系統(tǒng)充分利用89C51單片機的控制和計算能力，采用MCS-51匯編語言，設計了一種基于平均功率法的微波脈沖測試系統(tǒng)。
　　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(shù)。設脈沖為矩形，寬度為τ，重復周期為T。則脈沖峰值功率為：

上式中，Q=τ/T是射頻脈沖的占空系數(shù)。
　　測量時，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(xù)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，若衰減器兩端匹配時的衰減量為A(dB)，定向耦合器的過渡衰減量為C(dB)，方向性為無窮大，則脈沖峰值功率為
　　

當脈沖為非理想矩形時，須乘以修正系數(shù)K進行修正，即P_pp= (KP_avT/τ) ×10^(A+C)/10。K等于實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(tǒng)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(zhuǎn)換成易于進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(diào)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(diào)衰減器先進行一定量的衰減，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(zhuǎn)換成電壓信號，送往控制模塊進行處理。

2.2控制模塊

　　控制模塊將測量模塊的輸出信號進行處理和顯示并控制整個系統(tǒng)的運行，由89C51單片機系統(tǒng)實現(xiàn)其功能，分為4個部分：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(zhuǎn)換成電壓信號，送到輸入電路，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由89C51進行數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換，可與PC機進行通信。利用鍵盤可進行參數(shù)設置和操作控制。

2.2.1人機接口部分

　　系統(tǒng)采用通用型可編程鍵盤和LED顯示器專用智能控制芯片HD7279A，同時管理8位共陰極LED顯示器和多達64鍵鍵盤，它具有自動掃描顯示、自動識別按鍵代碼、自動消除抖動等功能。HD7279A和微處理器之間采用串行通信，僅占用4根口線，與微處理器之間的接口電路簡單，芯片內(nèi)部具有驅(qū)動電路，可直接驅(qū)動1英寸及以下的LED數(shù)碼管，還具有2種譯碼方式的譯碼電路，外圍電路也簡單可靠。鍵盤主要由功能鍵和數(shù)字鍵構(gòu)成。顯示器由6個數(shù)碼管組成，前4個顯示數(shù)值，后2個顯示單位。

2.2.2信號采集通道

　　信號采集通道主要器件是A/D轉(zhuǎn)換器MC1433。它是具有零漂補償?shù)?位半(BCD碼)單片雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片只需外加2個電容和2個電阻就能實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。信號采集通道還包括量程切換電路、調(diào)零電路等。

2.2.3串行通信

　　本系統(tǒng)利用89C51中的串口資源和時鐘資源實現(xiàn)和PC的串口通信，利用RS232實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

2.2.4微處理器

　　本系統(tǒng)所用的MCS-51單片機，采用單總線結(jié)構(gòu)，片內(nèi)帶振蕩器，可輸出時鐘信號；1個全雙工串行I/O接口，可多機通信；它具有16位地址總線，尋址范圍廣，有強的位尋址、位處理能力；有豐富、簡明的指令系統(tǒng)。
3軟件表達