原標題：基于MCS-51單片機的微波脈沖功率測試系統(tǒng)設計方案

基于MCS-51單片機、HD7279A智能控制芯片以及MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器的微波脈沖功率測試系統(tǒng)設計方案是一個復雜但功能強大的系統(tǒng)，它結(jié)合了單片機的控制與計算能力、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。以下是對該設計方案的詳細闡述，包括主控芯片的型號、在設計中的作用以及系統(tǒng)各部分的詳細設計。

一、引言

微波脈沖功率測試系統(tǒng)廣泛應用于通信、雷達、電子對抗等領(lǐng)域，對微波信號的功率進行精確測量是確保設備性能的關(guān)鍵。本設計方案采用MCS-51系列單片機作為主控芯片，結(jié)合HD7279A智能控制芯片和MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器，設計了一套基于平均功率法的微波脈沖功率測試系統(tǒng)。

二、主控芯片型號及作用

1. MCS-51系列單片機

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

在設計中的作用：

• 控制與計算能力：89C51單片機負責整個系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理。它根據(jù)預設的程序流程，控制測量模塊中的各個設備（如衰減器、定向耦合器等）進行工作，并接收來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號進行進一步處理。

• 人機接口：通過HD7279A智能控制芯片，89C51單片機能夠管理LED顯示器和鍵盤，實現(xiàn)人機交互。用戶可以通過鍵盤輸入?yún)?shù)、查看測量結(jié)果，系統(tǒng)則通過LED顯示器顯示相關(guān)信息。

• 串行通信：89C51單片機內(nèi)置串行通信接口，支持RS-232標準，可以方便地與PC機或其他外部設備進行數(shù)據(jù)交換和遠程控制。

2. HD7279A智能控制芯片

型號說明：HD7279A是一款可編程的數(shù)碼管/鍵盤串行接口芯片，采用DIP-28封裝，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。它能夠同時管理多達8位的共陰極LED顯示器和多達64鍵的鍵盤矩陣。

在設計中的作用：

• 顯示控制：HD7279A負責驅(qū)動LED顯示器，顯示測量結(jié)果（如微波脈沖的平均功率、占空比等）。它能夠自動進行段碼譯碼，簡化顯示控制程序。

• 鍵盤接口：提供鍵盤接口，允許用戶通過鍵盤輸入?yún)?shù)或控制指令。HD7279A能夠自動識別按鍵代碼，并發(fā)送給89C51單片機進行處理。

• 串行通信：HD7279A與89C51單片機之間采用串行通信方式，僅需占用少量I/O口線，簡化了接口電路設計。

3. MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器

型號說明：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。它采用CMOS工藝制造，能夠自動進行極性轉(zhuǎn)換和校零操作。

在設計中的作用：

• 數(shù)據(jù)采集：MC1433負責將測量模塊輸出的模擬信號（如熱電偶轉(zhuǎn)換的電壓信號）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供89C51單片機進行進一步處理。

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

• 自動校零與極性轉(zhuǎn)換：MC1433內(nèi)置自動校零和極性轉(zhuǎn)換功能，簡化了系統(tǒng)校準過程，提高了測量精度。

三、系統(tǒng)設計方案

1. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由測量模塊、控制模塊和顯示模塊三部分組成。測量模塊負責將微波信號轉(zhuǎn)換為電信號并進行初步處理；控制模塊以89C51單片機為核心，負責數(shù)據(jù)采集、處理及系統(tǒng)控制；顯示模塊則通過HD7279A智能控制芯片驅(qū)動LED顯示器顯示測量結(jié)果。

2. 測量模塊設計

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。微波信號經(jīng)過可調(diào)衰減器進行衰減后，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，供MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣；峰值檢波器則用于檢測脈沖信號的峰值，并通過示波器顯示脈沖波形。

3. 控制模塊設計

控制模塊以89C51單片機為核心，分為人機接口、信號采集通道、串行通信及微處理器四個部分。

• 人機接口：通過HD7279A智能控制芯片實現(xiàn)LED顯示和鍵盤輸入功能。用戶可以通過鍵盤輸入?yún)?shù)或控制指令，系統(tǒng)則通過LED顯示器顯示測量結(jié)果或系統(tǒng)狀態(tài)。

• 信號采集通道：以MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器為核心，對熱電偶輸出的電壓信號進行采樣和轉(zhuǎn)換。采樣得到的數(shù)字信號被送入89C51單片機進行進一步處理。

• 串行通信：89C51單片機內(nèi)置串行通信接口，支持RS-232標準。通過該接口，系統(tǒng)可以與PC機或其他外部設備進行數(shù)據(jù)交換和遠程控制。

• 微處理器：89C51單片機作為系統(tǒng)的核心處理器，負責整個系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理。它根據(jù)預設的程序流程控制測量模塊中的設備工作，并接收來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號進行進一步處理。

4. 軟件設計

系統(tǒng)軟件采用MCS-51匯編語言編寫，利用Cygnal集成開發(fā)環(huán)境(IDE)進行下載調(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：實現(xiàn)人機交互功能、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)調(diào)零以及實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。該模塊包括鍵盤分析程序、調(diào)零程序等子程序模塊。鍵盤分析程序采用狀態(tài)分析法編寫，對鍵盤的操作作出識別并調(diào)用相應的功能程序模塊完成預定的任務。

• 數(shù)據(jù)采集處理模塊：負責數(shù)據(jù)采集、存儲、處理及顯示。該模塊首先通過MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器采集熱電偶輸出的電壓信號并進行轉(zhuǎn)換；然后將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號送入89C51單片機進行進一步處理；最后通過HD7279A智能控制芯片驅(qū)動LED顯示器顯示測量結(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分量：測量功率平均值的誤差、測量脈沖寬度的誤差、測量脈沖重復頻率的誤差、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。

• 前三項誤差：主要是測量部分的誤差（即儀表誤差），可利用數(shù)學方法處理。通過采用更精確的外部指示器進行校正，并引入修正量來減少測量部分的誤差。

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

五、結(jié)論

本設計方案基于MCS-51單片機、HD7279A智能控制芯片以及MC1433 A/D轉(zhuǎn)換器設計了一套微波脈沖功率測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了單片機的控制與計算能力、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，實現(xiàn)了對微波脈沖功率的精確測量。通過合理的硬件設計和軟件編程，系統(tǒng)具有較高的測量精度和可靠性，能夠滿足實際應用的需求。