基于ARM的微波频率自动测量系统设计作者：胡应坤来源：《电子世界》2013年第14期 【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
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。2.5V ARM7TDMI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
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。
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3-2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REF IN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=1
A，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。
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