小编推荐：ARM的微波频率自动测量系统设计

1.引言

通常ARM的微波是指分米波、厘米波和毫米波。关于其频率范围，一种说法是：

300MHz ~ 300GHz(1MHz =106Hz,1GHz =109 )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S3C44B0.2.5VARM7TDMI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RST 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RST 引脚立即输出复位信号，使S3C44B0芯片复位。

4.软件设计

4.1 下位机软件

系统开机复位后，进入while(1)死循环，时刻检测上位机是否发来测量频率的命令，当接受到测量频率命令后，调用测频率模块子程序。频率测量子程序中，电机走完全程需要1854步，每一步带动谐振腔走0.005mm，每一步耗时44.44ms,电机每走动一步，把100次检波电流的A/D转换数据求平均值后再通过串口发送到上位机显示。

4.2 上位机软件设计

在虚拟仪器开发平台LabVIEW中，可以利用基于VISA的仪器驱动模板中的I/O接口函数来方便快速地开发驱动程序。本系统中通过PC机和主控芯片S3C44BO的RS232串行通信实现数据采集的驱动程序正是使用这种方法。

首先用最大值与最小值函数求出采集到的电流数据的最小值，并求出其对应的索引值，即步进电机在哪一步采集到的电流值，从而把这个索引值反馈回频率数组，求出其对应的元素，则为所测频率。

5.信号源输出频率测量实验结果及分析

为了在上位机的LabVIEW界面得到所测量的微波信号频率，需在界面中显示出检波电流--频率曲线，从而可明显读出检波电流的“吸收波谷点”。需通过定标法先手工测量频率--距离(当前测量点与起始点的距离，可由套筒刻度算出)的一组尽可能多的数据点，然后利用步进电机每走一步的距离，就可以把距离转化为步数，再用matlab拟合出频率--步数的关系函数。从而可知道步进电机走到哪一步对应哪一个频率。电机走完全程需要1854步，那么把步数对应的1854个频率值组成一个数组作为曲线的横坐标，并把采集到的1854个电流值作为纵坐标。

限于本信号源频率及谐振式频率计测量范围的影响，本系统只能在8.48GHz和9.9GHz范围内测量。因此从套筒的起始位置9.9mm(对应于频率8.48GHz)，截止位置0.63mm(对应于频率9.9GHz)，其全长为9.9mm-0.63mm=9.27mm.由于电机带动套筒每步的距离非常小，因此不能直接测量步进电机一步的距离，利用步进电机没有累计误差的特点，采用步进电机走动180步，测出套筒刻度前后位置差，得出步进电机带动套筒每一步移动平均距离为0.005mm.手工测出频率与刻度的42组数据点，利用MATLAB拟合出图5-1所示曲线。用MATLAB拟合出频率f与刻度L 线性关系函数为f=0.1456* L + 9.9917(0.63mm ≤ L ≤ 9.9mm)。由于电机每步带动套筒移动0.005mm。起始位置在0.63mm。即步进电机走一步后，套筒的位置在0.63mm+0.005mm=0.635mm,而步进电机走完全程需要1854步，套筒的截止位置在0.63+0.005*1854=9.9mm、则刻度L 与步数n的关系函数为L = 0.005n + 0.63(0≤n≤1854)。

小编总结

本系统设定步进电机走完全程需要82.4秒，不能设得走太快的原因是防止步进电机“丢步”(漏掉了脉冲没有运动到指定的位置)。另外太快很可能检测不到检波电流的“波谷点”。而手工测量一次信号源的输出频率，通常要两分多钟，可见本系统自动测量的实用性。