原標(biāo)題：基于MCS-51單片機(jī)的微波脈沖功率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于MCS-51單片機(jī)、HD7279A智能控制芯片以及MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器的微波脈沖功率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是一個(gè)復(fù)雜但功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，它結(jié)合了單片機(jī)的控制與計(jì)算能力、智能控制芯片的接口便利性以及高精度A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集能力。以下是對(duì)該設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)闡述，包括主控芯片的型號(hào)、在設(shè)計(jì)中的作用以及系統(tǒng)各部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

一、引言

微波脈沖功率測(cè)試系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等領(lǐng)域，對(duì)微波信號(hào)的功率進(jìn)行精確測(cè)量是確保設(shè)備性能的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)方案采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合HD7279A智能控制芯片和MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)了一套基于平均功率法的微波脈沖功率測(cè)試系統(tǒng)。

二、主控芯片型號(hào)及作用

1. MCS-51系列單片機(jī)

型號(hào)選擇：本設(shè)計(jì)選用89C51單片機(jī)作為主控芯片。89C51是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)中的一種，具有高性能、低功耗、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。它屬于51子系列，內(nèi)部集成了4KB的Flash ROM，可用于存儲(chǔ)程序代碼；同時(shí)，它還擁有128字節(jié)的RAM，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序執(zhí)行過(guò)程中的臨時(shí)變量存儲(chǔ)。

在設(shè)計(jì)中的作用：

• 控制與計(jì)算能力：89C51單片機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理。它根據(jù)預(yù)設(shè)的程序流程，控制測(cè)量模塊中的各個(gè)設(shè)備（如衰減器、定向耦合器等）進(jìn)行工作，并接收來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

• 人機(jī)接口：通過(guò)HD7279A智能控制芯片，89C51單片機(jī)能夠管理LED顯示器和鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)、查看測(cè)量結(jié)果，系統(tǒng)則通過(guò)LED顯示器顯示相關(guān)信息。

• 串行通信：89C51單片機(jī)內(nèi)置串行通信接口，支持RS-232標(biāo)準(zhǔn)，可以方便地與PC機(jī)或其他外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制。

2. HD7279A智能控制芯片

型號(hào)說(shuō)明：HD7279A是一款可編程的數(shù)碼管/鍵盤(pán)串行接口芯片，采用DIP-28封裝，具有自動(dòng)掃描顯示、自動(dòng)識(shí)別按鍵代碼、自動(dòng)消除抖動(dòng)等功能。它能夠同時(shí)管理多達(dá)8位的共陰極LED顯示器和多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣。

在設(shè)計(jì)中的作用：

• 顯示控制：HD7279A負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LED顯示器，顯示測(cè)量結(jié)果（如微波脈沖的平均功率、占空比等）。它能夠自動(dòng)進(jìn)行段碼譯碼，簡(jiǎn)化顯示控制程序。

• 鍵盤(pán)接口：提供鍵盤(pán)接口，允許用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)或控制指令。HD7279A能夠自動(dòng)識(shí)別按鍵代碼，并發(fā)送給89C51單片機(jī)進(jìn)行處理。

• 串行通信：HD7279A與89C51單片機(jī)之間采用串行通信方式，僅需占用少量I/O口線，簡(jiǎn)化了接口電路設(shè)計(jì)。

3. MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器

型號(hào)說(shuō)明：MC1433是一款3位半的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，具有高精度、低功耗、外接元件少等特點(diǎn)。它采用CMOS工藝制造，能夠自動(dòng)進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換和校零操作。

在設(shè)計(jì)中的作用：

• 數(shù)據(jù)采集：MC1433負(fù)責(zé)將測(cè)量模塊輸出的模擬信號(hào)（如熱電偶轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供89C51單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

• 高精度轉(zhuǎn)換：MC1433具有高精度特性，能夠確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。其雙積分式轉(zhuǎn)換原理使得它在低頻信號(hào)的測(cè)量中具有出色的性能。

• 自動(dòng)校零與極性轉(zhuǎn)換：MC1433內(nèi)置自動(dòng)校零和極性轉(zhuǎn)換功能，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)校準(zhǔn)過(guò)程，提高了測(cè)量精度。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由測(cè)量模塊、控制模塊和顯示模塊三部分組成。測(cè)量模塊負(fù)責(zé)將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行初步處理；控制模塊以89C51單片機(jī)為核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理及系統(tǒng)控制；顯示模塊則通過(guò)HD7279A智能控制芯片驅(qū)動(dòng)LED顯示器顯示測(cè)量結(jié)果。

2. 測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

測(cè)量模塊主要由可調(diào)衰減器、定向耦合器、匹配負(fù)載、峰值檢波器、示波器、熱電偶等組成。微波信號(hào)經(jīng)過(guò)可調(diào)衰減器進(jìn)行衰減后，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。熱電偶將接收到的微波能量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，供MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣；峰值檢波器則用于檢測(cè)脈沖信號(hào)的峰值，并通過(guò)示波器顯示脈沖波形。

3. 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊以89C51單片機(jī)為核心，分為人機(jī)接口、信號(hào)采集通道、串行通信及微處理器四個(gè)部分。

• 人機(jī)接口：通過(guò)HD7279A智能控制芯片實(shí)現(xiàn)LED顯示和鍵盤(pán)輸入功能。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)或控制指令，系統(tǒng)則通過(guò)LED顯示器顯示測(cè)量結(jié)果或系統(tǒng)狀態(tài)。

• 信號(hào)采集通道：以MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器為核心，對(duì)熱電偶輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。采樣得到的數(shù)字信號(hào)被送入89C51單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

• 串行通信：89C51單片機(jī)內(nèi)置串行通信接口，支持RS-232標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)該接口，系統(tǒng)可以與PC機(jī)或其他外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制。

• 微處理器：89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心處理器，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理。它根據(jù)預(yù)設(shè)的程序流程控制測(cè)量模塊中的設(shè)備工作，并接收來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

4. 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)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(diào)試。系統(tǒng)軟件主要由監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)采集處理模塊兩部分構(gòu)成。

• 監(jiān)控模塊：實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)調(diào)零以及實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。該模塊包括鍵盤(pán)分析程序、調(diào)零程序等子程序模塊。鍵盤(pán)分析程序采用狀態(tài)分析法編寫(xiě)，對(duì)鍵盤(pán)的操作作出識(shí)別并調(diào)用相應(yīng)的功能程序模塊完成預(yù)定的任務(wù)。

• 數(shù)據(jù)采集處理模塊：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理及顯示。該模塊首先通過(guò)MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器采集熱電偶輸出的電壓信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換；然后將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)送入89C51單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理；最后通過(guò)HD7279A智能控制芯片驅(qū)動(dòng)LED顯示器顯示測(cè)量結(jié)果。

四、誤差分析與處理

本系統(tǒng)的誤差主要包括以下幾個(gè)分量：測(cè)量功率平均值的誤差、測(cè)量脈沖寬度的誤差、測(cè)量脈沖重復(fù)頻率的誤差、確定可調(diào)衰減器衰減量的誤差以及確定定向耦合器傳輸系數(shù)的誤差。

• 前三項(xiàng)誤差：主要是測(cè)量部分的誤差（即儀表誤差），可利用數(shù)學(xué)方法處理。通過(guò)采用更精確的外部指示器進(jìn)行校正，并引入修正量來(lái)減少測(cè)量部分的誤差。

• 后兩項(xiàng)誤差：可通過(guò)選用更精密的元件來(lái)減少誤差。例如，選擇高精度的可調(diào)衰減器和定向耦合器來(lái)降低衰減量和傳輸系數(shù)的誤差。

五、結(jié)論

本設(shè)計(jì)方案基于MCS-51單片機(jī)、HD7279A智能控制芯片以及MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)了一套微波脈沖功率測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了單片機(jī)的控制與計(jì)算能力、智能控制芯片的接口便利性以及高精度A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波脈沖功率的精確測(cè)量。通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，系統(tǒng)具有較高的測(cè)量精度和可靠性，能夠滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。