emi的天线升降控制接口电路设计--【arm毕业论文】

1毕业论文（设计）中文题目中文题目中文题目中文题目EMI的天线的天线的天线的天线升降升降升降升降控制接口电路设计控制接口电路设计控制接口电路设计控制接口电路设计英文题目英文题目英文题目英文题目EMIANTENNADOWNCONTROLINTERFACECIRCUITDESIGN姓姓姓姓名名名名学学学学号号号号专业班级专业班级专业班级专业班级电气工程及其自动化电气工程及其自动化电气工程及其自动化电气工程及其自动化指导教师指导教师指导教师指导教师指导老师职称指导老师职称指导老师职称指导老师职称副副副副教教教教授授授授提交日期提交日期提交日期提交日期2010年年年年5月月月月10日日日日2EMI的天线升降控制接口电路设计的天线升降控制接口电路设计的天线升降控制接口电路设计的天线升降控制接口电路设计摘要摘要摘要摘要本EMI的天线升降控制接口电路设计是电磁干扰（EMI）自动测试中的重要环节，而天线移动及与整个EMC测试的同步要求快、准、稳，本设计必须要考虑天线升降控制接口电路本身的抗干扰能力，对外辐射的屏蔽及系统设计的稳定性。针对这些问题本设计采用基于ARM7TDMI内核的LPC2200处理器，实现对天线升降的精确控制，使天线升降台按照控制要求快速、准备的定点升降，并将天线所接收到得信号经频谱分析仪处理后所得的数据，由计算机里测试软件以最快的速度处理数据，以此找到设备在该点的最大电磁骚扰值，以完成整个系统的检测工作。该设计具有抗干扰能力强，系统设计稳定性高，还有一定的实用意义和经济价值。关键词关键词关键词关键词电磁兼容EMC电磁骚扰EMI步进电机ARM单片机3ABSTRACTMOVEMENTSOFTHEEMIANTENNACONTROLINTERFACECIRCUITDESIGNISELECTROMAGNETICINTERFERENCEEMIAUTOMATICTESTANIMPORTANTLINK,ANDANTENNAMOVEMENTANDSYNCHRONIZATIONOFTHEENTIREEMCTESTINGREQUIREMENTSFAST,ACCURATEANDSTABLE,THEDESIGNMUSTTAKEACCOUNTOFTHEANTENNACONTROLINTERFACECIRCUITITSELFDOWNANTIINTERFERENCEABILITY,EXTERNALRADIATIONSHIELDINGANDSYSTEMDESIGNSTABILITYDESIGNEDTOADDRESSTHESEISSUESTHEARM7TDMICOREBASEDLPC2200PROCESSOR,TOACHIEVEPRECISECONTROLOFMOVEMENTSOFTHEANTENNA,THEANTENNAELEVATORCONTROLREQUIREMENTSINACCORDANCEWITHFAST,READYTOFIXEDPOINTMOVEMENTS,ANDRECEIVEDBYTHEANTENNATOGETSIGNALPROCESSEDBYTHESPECTRUMANALYZERDATACOLLECTEDBYTHECOMPUTERINTESTSOFTWARETOPROCESSDATAASFASTASPOSSIBLESOASTOFINDTHEEQUIPMENTATTHEPOINTOFMAXIMUMVALUEOFELECTROMAGNETICDISTURBANCETOCOMPLETETHESYSTEMTESTINGTHEDESIGNHASSTRONGANTIINTERFERENCE,SYSTEMDESIGN,HIGHSTABILITY,THEREARECERTAINPRACTICALSIGNIFICANCEANDECONOMICVALUEKEYWORDSELECTROMAGNETICCOMPATIBILITYELECTROMAGNETICRADIATIONHARASSMENTSTEPPERMOTORARMMCU4目目目目录录录录第一章绪论711选题依据712国内外相关领域现状713研究的目的与意义814论文的主要研究内容及安排8第二章电磁骚扰原理及测试方法921电磁兼容基本概念9211电磁环境ELECTROMAGNETICENVIRONMENT9212电磁兼容性ELECTMMAGNETICCOMPATIBIIITYEMC9213电磁骚扰ELECTMMAGNETICDISTURBANCE9214电磁干扰ELECTROMAGNETICINTERFERENCEEMI922电磁干扰的危害10221信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息安全10222机载系统的电磁干扰现象10223医疗卫生设备或系统中电磁干扰的危害1123电磁兼容的设计1124电子设备辐射EMC测试方法125第三章系统总体设计1431方案论证1432接口电路框图1633系统硬件控制电路图及工作原理1734电路抗干扰技术17第四章天线升降硬件设计1841步进电机18411步进电机的概述18412步进电机工作原理19413步进电机的选型2142步进电机驱动器2H1060两相双极整半步型234212H1060的特点23422典型接线图24423电流调整DIP开关的配置24424控制信号说明2543ARM7实验控制板26431ARM处理器的特点26432ARM7单片机的优点26433LPC2200系列芯片简介26434电源电路316445复位电路32446系统时钟电路33447串口接口电路33448PWM电路34449P07与蜂鸣器电路34第五章天线升降软件设计3551软件设计的开发及仿真工具35511ADS12软件简介35512HJTAG仿真软件简介36513LPC2000_ISP软件简介3752天线升降软件总体设计38521软件流程及软件程序38第六章系统测试与分析3961天线控制系统的测试分析39611测试准备37612线路连接37613设备上电、调试及动作40第七章总结与展望42致谢43参考文献44附录一4377第一章第一章第一章第一章绪论绪论绪论绪论11选题依据选题依据选题依据选题依据随着电子系统更加深入地渗透到社会的各个方面，电磁干扰所造成的影响和因EMI导致严重事件的可能性都将增加。因此对没有因电磁干扰而造成影响的状态也就是我们说的EMC（电磁兼容）检测和控制的需求在不断增加,并且电磁兼容已形成一种产业。电磁兼容学科研究的问题很广泛,而电磁兼容测量研究占有极其重要的位置。电磁兼容测量结果可能决定一种产品是否可以推向市场，因此确保测量结果的公正性是非常重要的。目前我国EMC的检测方法，大部分是手动或半自动化，测试的效率低，精度也有限，测量效率低，测试测试时间长，测试经费高。从另一角度看，产品开发或产品设计在整个研制流程中，也需要通过方便、灵活的方式，选择多种辅助测试手段检电磁兼容性能是否合理。本辐射电磁骚扰自动测试控制系统能快速有效地测试产品电磁兼容性能，而且实现测试过程的全自动，提高EMC测试的效率和降低测试成本。12国内外相关领域现状国内外相关领域现状国内外相关领域现状国内外相关领域现状国际上对EMC的系统研究始于30年代的国际无线电干扰委员会（CISPR）。经过多年的发展，CISPR和TC77（IEC电气设备电磁兼容技术委员会）已制定出一系列干扰特性限制和测试方法及抗干扰度限值和测试方法的标准。随着社会对产品综合性能要求的日益提高，欧、美和日本等发达国家和地区均已开始强制执行电磁兼容标准。早在1985年5月3日，欧共体就颁布了电磁兼容性指令（刊登在89/336/EEC期刊上），并于1996年1月开始强制执行。美国和日本也发布了有关的EMC法规对这一方面进行严格的管理。为适应国际贸易和技术发展的需要，国家出入境检验检疫局也于1999年1月起对个人计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响设备等6种进口商品实施电磁兼容强制检测，以确保公共安全及我国民众的切身利益。国家质量技术监督局颁布的一系列EMC国家标准的强制执行，标志着我国对产品电磁兼容的检测和监督管理工作已迈出了重要的一步。1999年10月8日，国家质量技术监督局发布了电磁兼容认证管理办法，并批准建立了“中国电磁兼容认证委员会”，从而使我国的产品电磁兼容认证工作全面展开。随着企业对EMC认识的进一步加深，EMC认证将会成为各生产企业8关注的热点，同时也必将给企业的产品质量提出更高的要求。因此，在企业质量保证过程中如何保证产品电磁兼容性能也就显得更加重要和突出。13研究的目的与意义研究的目的与意义研究的目的与意义研究的目的与意义EMI（电磁干扰）是一种严重并不断增长的环境污染形式，它的不同形式可能导致电气和电子故障，或者妨碍无线电频谱的正常使用，或引燃易燃的或其他的危险气体，甚至可能对人体组织产生直接的影响。随着电子系统更加深入地渗透到社会的各个方面，干扰所造成的影响和因EMI导致严重事件的可能性都将增加。因此对没有因电磁干扰而造成影响的状态也就是我们说的EMC（电磁兼容）检测和控制的需求在不断增加,急需进行连续EMC测试的设备，目前我国EMC的检测方法，大部分是手动或半自动化，测试的效率低，精度也有限，测量效率低。如何实现全自动化检测，提高测试精度和工作效率，实现电磁兼容的自动测试系统，最大限度的节省测试的所需的人力，时间等。本EMI测试系统实现电磁测试系统中天线的自动、准确移动，大大的节省测试的所需的人力、时间等，提高测试效率，实现测试过程的全自动。旨在研发一台全自动的EMC测试系统，以提高EMC测试的效率和降低测试成本。做好对电磁骚扰测试领域的研究，将给进入信息化时代的人类带来方便，为营造安全的电磁环境，提高国家的经济实力，有着十分重大的意义。总之，做好对电磁骚扰测试领域的研究，将给进入信息化时代的人类带来方便，安全的电磁环境，提高国家的经济实力，意义十分重大。14论文的主要研究内容及安排论文的主要研究内容及安排论文的主要研究内容及安排论文的主要研究内容及安排本论文本文主要研究电子设备辐射电磁骚扰测试系统中的天线接口电路设计，基于电磁骚扰与抑制原理，主要从步进电机的控制原理和ARM7单片机控制等方面简述了接口电路的设计。依据课题所研究的有关的领域，进行资料的搜集，参考国内外相关的书籍，其中所涉及的知识包括步进电机原理，电机控制、电磁兼容性测试以及ARM7单片机等，前期主要熟悉步进电机结构参数和步进电机驱动器原理及参数，熟练掌握ARM7实验板的接口模块，中期对ARM7的软件的调试控制步进电机驱动器进行天线升降控制，并为的系统设计工作做充分的准备，后期主要完成论文的撰写工作。9第二章第二章第二章第二章电磁骚扰原理及测试方法电磁骚扰原理及测试方法电磁骚扰原理及测试方法电磁骚扰原理及测试方法21电磁兼容基本概念电磁兼容基本概念电磁兼容基本概念电磁兼容基本概念关于EMC的有关概念、定义和术语，在1995年颁布的国家标准GB/T4365“电磁兼容术语”中有详细的阐述。这里仅就几个主要概念作一些辅助说明。211电磁环境电磁环境电磁环境电磁环境ELECTROMAGNETICENVIELECROMAGNETICENVIRONMENT指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。给定场所即空间。所有电磁现象包括全部时间与全部频谱。212电磁兼容性电磁兼容性电磁兼容性电磁兼容性ELECTMMAGNETICCOMPATIBIIITYELETMMAGNETICCOMPATIBIIITYEMC设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。由定义可以看出，EMC包括两个方面的含义，即设备或系统产生的电磁发射，不至于影响其它设备或系统的功能；而本设备或系统的抗干扰能力，又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。213电磁骚扰电磁骚扰电磁骚扰电磁骚扰ELECTMELECTMMAGNETICDISTURBANCE电磁骚扰ELECTMMAGNETICDISTURBANCE是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化，它可能引起设备或系统降级或损害，但不一定会形成后果。电磁骚扰的表现形式一般有两种，一是通过导体传播骚扰电压、电流，一是通过空间传播骚扰电磁场。前者称为传导骚扰，后者称为辐射骚扰。例如，电视机的电磁骚扰主要有对公用电网的无线电骚扰和低频骚扰（如注入谐波电流）、对公用电视天线系统的骚扰、向空间辐射的电磁场等。214电磁干扰电磁干扰电磁干扰电磁干扰ELECTROMAGNETICINTERFERENCEELECROMAGNTICITRFERENCEEMI电磁干扰（ELECTROMAGNETICINTERFERENCE）是指“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。对比电磁骚扰的定义，可知存在电磁骚扰但不一定形成电磁干扰，如果骚扰电平较低的话，电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果。电磁干扰的产生必然具备三个基本要素电磁干扰源、敏感设备和电磁能量传播通道。理论上讲，改善其中之一即可防止电磁干扰的产生，实现电磁兼容。但在电磁兼容的实际质量控制工作中，只有对三要素进行综合考虑再对个别项目10做重点处理才是经济可行的。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的，通常称作干扰的三要素。电磁干扰的问题或现象普遍存在。如雷电对家用电器的破坏，使用电吹风或电动工具对电视收看的影响、移动电话与有线电话间的串扰、电网电压波动对计算机的运行可靠性的影响等等。22电磁干扰的危害电磁干扰的危害电磁干扰的危害电磁干扰的危害在人类进入信息化社会的今天，电磁波作为一种资源已在OHZ400GHZ宽频范围内，广泛地用于信息技术产品中，如汽车、通信、计算机、家电等产品，大量地拥人社会和家庭。伴之而来的电磁干扰也就从甚低频到微波波段，无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境，给设备或系统以及生态带来各种各样的危害。现就几个领域的电磁骚扰现象作简要介绍。221信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息安全信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息安全信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息安全信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息安全计算机的键盘、显示屏等都会使信息辐射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敌方截获，将会造成巨大损失。美国是最早利用电磁辐射泄漏获取情报和重视防信息泄漏的国家。在20世纪70年代，美国的一个潜水员在前苏联领海内部的鄂霍次克海120米深的海底军事通信电缆上安装了一个6米长的窃听设备，它大量记录了所有经过电缆的通信信号。由于没有采取任何加密措施，而使大量军事通信情报轻易地落在了美国人手中。美国国家安全局和美国国防部从二十世纪六十年代就开始研究制定和逐步完善的防电磁泄漏标准。IBM开发的TEMPEST个人计算机、打印机、显示器等产品有明显的市场竞争力。所以，防信息泄漏已不再只是对军事领域才有意义，而在经济领域及各行各业都应引起足够的重视。222机载系统的电磁干扰现象机载系统的电磁干扰现象机载系统的电磁干扰现象机载系统的电磁干扰现象我们都知道，在飞机上不允许使用笔记本电脑、手机和听CD片等。其原因就在于避免这些设备产生电磁骚扰。一旦电磁骚扰通过飞机上的电缆线藕合到机上的敏感设备，就可能形成干扰，使设备工作不稳，甚至失控。如果这些骚扰通过机舱的窗户向外辐射，使空间的电磁环境更加复杂，而机身上有大量的传感器和数十付天线，就会因干扰而增加飞机偏离航线或造成其它事故的可能性。11223医疗卫生设备或系统中电磁干扰的危害医疗卫生设备或系统中电磁干扰的危害医疗卫生设备或系统中电磁干扰的危害医疗卫生设备或系统中电磁干扰的危害当今，许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术。这些设备的抗扰度如何，直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器，往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干扰，使其功能发生变化。所以医疗设备的电磁兼容性设计尤为重要，医疗单位的电磁环境更值得关注。23电磁兼容的设计电磁兼容的设计电磁兼容的设计电磁兼容的设计从以上分析可知无论设计什么电子产品都必须考虑到电磁骚扰及电磁兼容的问题，而且必须重视它们的存在以及制定好解决方案才能确保系统朝着设计的思想实现想要的功能并能持续稳定的工作。所以EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳定的工作，并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰，即实现电磁兼容。电磁兼容设计的基本原则和方法，首先是根据产品设计对EMC提出的要求和相应的指标，然后依据电磁兼容的有关标准和规范，将设计产品的电磁兼容性指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求，再按照各级要实现的功能要求，逐级分层次的进行设计。电磁兼容性设计应考虑的问题很多，但从根本上讲，就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施，一方面设备或系统本身应选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术，抑制与隔离电磁骚扰。以天线为例。天线设计与EMC的关联从辐射电磁波的角度来看，天线设计与EMC最大的不同点，在于天线设计是希望通过设计，发射出特定频率之电磁波，所以对于EMC要做的工作则是找出并抑制非预期的电磁干扰。除此，对于辐射特性而言，天线设计与EMC问题的考虑实为一体中的两个方面。要产生电磁波，一定要有所谓的天线结构，电流才能透过该结构产生出电场与磁场的变化，进而将能量以辐射的方式于空间中传递。因此，在设计时要考虑选用合适的天线，合理确定指标和运用接地、屏蔽等技术。另外，接收天线接收信号的频率尽可能与外界干扰的频率错开和隔离，对接收到的信号进行屏蔽传输防止再度干扰。1224电子设备辐射电子设备辐射电子设备辐射电子设备辐射EMCEMC测试方法测试方法测试方法测试方法EMC设计与EMC测试是相辅相成的，EMC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中，进行EMC的相容性预测和评估，才能及早发现可能存在的电磁干扰，并采取必要的抑制和防护措施，从而确保系统的电磁兼容性。EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场地，测试方法以各类标准为依据，测量仪器以频域为基础，而试验场地是进行EMC测试的先决条件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大，尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对场地的要求最为严格。EMC测试所需场地主要包括开阔场、屏蔽室、电波暗室和横电磁波传输小室等。下面简单介绍各种场地并对其优缺点进行对比分析。开阔场（OPENAREA）开阔场在电子设备防干扰领域主要用于30MHZ1000MHZ频率范围对EUT进行电磁辐射干扰测试，并可适用于较大型EUT的测试。理想的开阔场可作为测量结果的标准测试场地。其造价低于屏蔽暗室。开阔场也可用于电磁辐射敏感度的测量，但不宜施加过大的场强，以免对外造成电磁环境干扰。根据GB6113标准要求通常测试场成椭圆形，长轴是焦距的两倍，短轴是焦距的3倍，被测物体与接收天线分别置椭圆形的两个焦点上,两个焦点的距离即是我们所要求的测量距离，根据现有GB9254标准可分为3米、10米和30米。我国现有标准大多数规定3米法测量，美国的FCC标准、英国的VDE标准有10米法测量的要求。开阔场一般应选择远离市区、电磁环境较好的地方建造，目前国内大都利用楼顶平台，因地制宜进行建造。试验场地应设有转台和天线升降塔，便于全方位的辐射发射及天线升降测试，并且还有对符合场地衰减要求、场地周围无金属反射物等的一些具体要求。屏蔽室SCREENROOM在EMC测试中，屏蔽室能提供环境电平低而恒定的电磁环境，它为测量精度的提高，测量的可靠性和重复性的改善带来了较大的益处。但是由于被测设备在屏蔽室中产生的干扰信号通过屏蔽室的六个面产生无规则的漫反射，特别是在辐射发射测量和辐射敏感度测量中表现更严重，导致在屏13蔽室内形成驻波而产生较大的测量误差。目前国内生产的屏蔽室的屏蔽效能在10KZ10GHZ频率范围内一般能大于100DB。电波暗室ANECHOICCHAMBER通常所说的电波暗室在结构上大都由屏蔽室和吸波材料两部分组成。在工程应用中又分全电波暗室FULLYANECHOICCHAMBER六面装有吸波材料）和半电波暗室SEMIANECHOICCHAMBER地面为金属反射面）。全电波暗室可充当标准天线的校准场地，半电波暗室可作为EMC试验场地。电波暗室的主要性能指标有“静区”、“工作频率范围”等六个指标（静区是指射频吸波室内受反射干扰最弱的区域）。但建造电波暗室的成本、难度均相当高，因为暗室的工作频率的下限取决于暗室的宽度和吸收材料的高度、上限取决于暗室的长度和所充许的静区的最小截面积，所以在建造上有较大的难度。且由于吸波材料的低频特性等原因，总的测试误差有时高达几十分贝，造价需几百万元。横电磁波传输小室（简称TEM小室TRANSVERSEELECTROMAGNETICTRANSMISSIONCELL）其外形为上下两个对称梯形，优点是结构简单，主要缺点是可用频率上限与可用空间存在矛盾。标准TEM小室的测量尺寸大约限定在设计的最小工作波长的四分之一范围。如果要进行1GHZ（波长30CM）的测试，测试腔尺寸要限定在75CM。如果对PC机进行测试，测试腔高度起码要有半米，即使加入一些侧壁吸收材料，可用频率上限也不会超过300MHZ。综合了开阔场、屏蔽室、电波暗室和TEM小室的优缺点，并结合本测试系统的具体要求，为了达到比较理想的效果以及考虑到实际的可操作性本测试系统决定选用开阔场。典型布置如图1所示。被测设备放在转台上，测量天线分别处在水平和垂直两种极化状态下，转台应360度旋转，记录每个测量频率上的辐射骚扰最大值。另外，天线高度应在14M内调节，以测出其最大值。测试结果由骚扰测试仪读出。14第三章第三章第三章第三章系统总体设计系统总体设计系统总体设计系统总体设计目前，在开阔的测试场地，对辐射骚扰测试主要采用如下测试装置如图31所示。为了测量到受试设备EUT辐射的最大值，必须控制转台以具有解祸能力、强的鲁棒性和高精度的定位方式在0360旋转，以便快速寻找EUT的最大电磁辐射方向。图31辐射测试装置31方案论证方案论证方案论证方案论证方案方案方案方案（一一一一）本方案是将天线均匀的移动，将转台固定并将受试设备（EUT）置于其上。通过ARM7单片机控制步进电机的匀速转动，从而带动天线自下往上的移动，实现天线快速寻找EUT的最大噪声辐射位置。其中天线接收的EUT的电磁骚扰主要来源于两个方面第一是EUT对天线直接的电磁骚扰；第二是EUT的发出的电磁骚扰经过地面的反射使天线接收。通过步进电机控制天线的移动接收到的数据经频谱分析仪传进电脑，最后经过软件处理将接收的数据以曲线的格式显示，在曲线上可以找到最大的辐射骚扰值的位置，并可将其打印出来。EUT电机转台频谱分析仪ARMMCU接收天线（10M1G）EMC辐射检测平台PC骚扰测量仪15方案方案方案方案（二二二二）本方案将天线均匀的移动，并在设定的几个点上暂停移动一段时间，同时将受试设备（EUT）置于上转台并旋转一转。由计算机发送天线停住移动的指令经ARM7单片机控制步进电机停止运行，同时转台旋转一圈，则天线在原地接收电磁骚扰信号后，再将天线所接收到得信号经频谱分析仪处理后所得的数据，经过串口发给计算机，由计算机里测试软件以一定的算法、最快的速度处理数据，以此找到设备在该点的最大电磁骚扰值。当计算机读完几个点上数据时天线移动到最顶端。测试完毕，由测试软件发出指令使天线回到原始位置，以便下次的测试。其中天线接收的EUT的电磁骚扰主要来源于两个方面第一是EUT对天线直接的电磁骚扰；第二是EUT的发出的电磁骚扰经过地面的反射使天线接收。通过步进电机控制天线的移动接收到的数据经频谱分析仪传进电脑，最后经过软件处理将接收的数据以曲线的格式显示，在曲线上可以找到最大的辐射骚扰值的位置，并可将其打印出来。方案论证方案论证方案论证方案论证通过对方案一与方案二的对比可知，方案一存在较大的问题，如由于天线均匀上升移动时，转台的固定都会导致对受试物体的测试不全面，并且无法测试出最大电磁骚扰值精确的三维位置。方案二是考虑到方案一得不足对其进行优化得出的方案。方案二测试虽不能算的上最全面，但也能说是比较全面，在测试精度方面明显高于方案一，同时该方案较充分的利用计算机，将计算机看做是主控机。大部分的控制指令由计算机发出并由ARM7单片机去执行指令。不过本方案仍存在不足之处，本次设计只研究其原理性，不要求测试精度达到国际标准。为了测量到受试设备EUT辐射的最大值，必须控制转台以高精度的定位方式在0度至360度旋转，以便快速寻找EUT的最大噪声辐射位置。通过步进电机控制天线的移动接收到的数据经频谱分析仪传进电脑，最后经过软件处理将接收的数据以曲线的格式显示，在曲线上可以找到最大的辐射骚扰值的位置，并可将其打印出来。1632接口电路框图接口电路框图接口电路框图接口电路框图在图31所讲的辐射测试装置（其总体设计框图如图32所示）中，骚扰测量仪里就包含了本设计所要研究的基于ARM7单片机的EMI的天线升降控制接口电路及和计算机。根据本设计基本要求，将本接口电路划分为如下三个部分LARM单片机与天线传动装置接口电路LARM单片机与步进电机驱动器的接口电路LARM单片机与计算机数据传输接口电路图32总体设计框图ARM单片机与天线传动装置接口电路包括了天线传动装置驱动与天线数据采集与传输系统。ARM单片机与步进电机的接口电路包括了ARM单片机与电机驱动器接口电路和步进电机与电机驱动器的接口电路ARM单片机与计算机数据传输接口电路采用RS232接口标准，接口芯片采用MAX232。转台转台转台转台伺服伺服伺服伺服电机电机电机电机电机驱动电路电机驱动电路电机驱动电路电机驱动电路ARM7MCU升降台升降台升降台升降台步进电机步进电机步进电机步进电机驱动器驱动器驱动器驱动器2H1060天线装置天线装置天线装置天线装置采样保持采样保持采样保持采样保持器器器器频谱分析仪频谱分析仪频谱分析仪频谱分析仪GPIB通讯通讯通讯通讯串口通讯串口通讯串口通讯串口通讯MAX232PC主机主机主机主机电源电源电源电源1733接口电路图及工作原理接口电路图及工作原理接口电路图及工作原理接口电路图及工作原理工作原理系统开始工作时，由PC机通过控制转台转动再由步进电机定点采样数据通过单片机反馈给PC机。同时，天线接收到的信号，经过信号处理，包括采样保持，经过频谱分析仪的分析，在经过串口接口传送至PC机。同时PC机控制界面通过串口发送指令到ARMMCU，ARM处理器接收后，调用指定程序，通过步进电机驱动器控制步进电机的转动，从而控制升降台的上下移动，以及在指定位置停止运动。图33系统硬件控制电路图34电路抗干扰技术电路抗干扰技术电路抗干扰技术电路抗干扰技术由于电路工作时对抗扰性要求较高,所以需要考虑最大限度的降低干扰,需要以下措施首先，要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性质，尽量消除或降低电磁干扰源的参数。18其次，要充分了解电磁干扰可能传播的路径，尽量切断其路径，或降低与电磁干扰耦合的能力。最后，要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件，尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。因此，需要在调试中，针对具体出现的电磁干扰，以及接收电磁干扰的电路和元器件的表现进行分析，以确定电磁干扰源所在及电磁干扰可能传播的路径，采取相应的解决办法。第四章第四章第四章第四章天线升降硬件设计天线升降硬件设计天线升降硬件设计天线升降硬件设计41步进电机步进电机步进电机步进电机411步进电机步进电机步进电机步进电机的的的的概述概述概述概述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。19412步进电机工作原理步进电机工作原理步进电机工作原理步进电机工作原理步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。图41是一种最简单的反应式步进电机，下面以它为例来说明步进电机的工作原理。磁回路转子定子硅钢片图41一段定子、转子及磁回路图42中，当A相绕组通以直流电流时，根据电磁学原理，便会在AA方向上产生一磁场，在磁场电磁力的作用下，吸引转子，使转子的齿与定子AA磁极上的齿对齐。若A相断电，B相通电，这时新的磁场其电磁力又吸引转子的两极与BB磁极齿对齐，转子沿顺时针转过60。通常，步进电机绕组的通断电状态每改变一次，其转子转过的角度称为步距角。因此，图42所示步进电机的步距角等于60。如果控制线路不停地按ABCA的顺序控制步进电机绕组的通断电，步进电机的转子便不停地顺时针转动。若通电顺序改为ACBA，同理，步进电机的转子将逆时针不停地转动。图42步进电机工作原理图20上面所述的这种通电方式称为三相三拍。还有一种三相六拍的通电方式，它的通电顺序是顺时针为AABBBCCCAA；逆时针为AACCCBBBAA。若以三相六拍通电方式工作，当A相通电转为A和B同时通电时，转子的磁极将同时受到A相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁场的共同吸引，转子的磁极只好停在A和B两相磁极之间，这时它的步距角等于30。当由A和B两相同时通电转为B相通电时，转子磁极再沿顺时针旋转30，与B相磁极对齐。其余依此类推。采用三相六拍通电方式，可使步距角缩小一半。图42中的步进电机，定子仍是A，B，C三相，每相两极，但转子不是两个磁极而是四个。当A相通电时，是1和3极与A相的两极对齐，很明显，当A相断电、B相通电时，2和4极将与B相两极对齐。这样，在三相三拍的通电方式中，步距角等于30，在三相六拍通电方式中，步距角则为15。综上所述，可以得到如下结论1步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角；2改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；3步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；（4）步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。21413步进电机的选型步进电机的选型步进电机的选型步进电机的选型本系统采用KINCO型号2S110Q3999的步进电机。图43KINCO2S110Q03999伺服电机外部尺寸图表一KINCO两相步进电机/110系列技术参数步距角185相电流（A）55保持扭矩（NM）117阻尼扭矩（NM）03相电阻0710相电感（MH）9820电机惯量（KGCM2）55电机长度L（MM）99引线数量4绝缘等级B耐压等级500VAC1分钟最大轴向负载（N）60最大径向负载（N）220工作环境温度2050表面温升最高80（两相接通额定相电流）绝缘阻抗最小100M，500VDC重量（KG）5022图442S110Q03999/2H1060矩频曲线图电机电缆电机电缆电机电缆电机电缆图452S110Q3999的步进电机的引线及相对应的颜色图462S110Q3999的步进电机实物图线色电机信号红色A蓝色A绿色B黑色B2342步进电机驱动器步进电机驱动器步进电机驱动器步进电机驱动器2H10602H1060两相双极整半步型两相双极整半步型两相双极整半步型两相双极整半步型图47KINCO2H1060外观图4212H1060的特点的特点的特点的特点L供电电压最大可达交流100V，提供电机更好的高速驱动性能。L采用双极型驱动方式，最大驱动电流可达每相65A，可驱动相电流小于65A的任何两相双极型混合式步进电机。L对于电机的驱动输出相电流可通过DIP开关调整，以配合不同规格的电机。L具有DIP开关可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能，可以大大降低电机的发热。L采用专用驱动控制芯片，可通过DIP开关设定整步或半步的驱动控制方式，适合高速大力矩的应用需求。24422典型接线图典型接线图典型接线图典型接线图图48典型接线图L当控制器的信号电压为5V时，连接线路的R1电阻为0欧姆；当控制器的控制信号的电压为24V时，为保证控制信号的电流符合驱动器的要求，在连接线路中的R1电阻为2K欧姆。L控制信号输入线必须采用双绞线，而且控制器到驱动器之间的控制信号线的长度最好不要超过2米。L控制信号线必须与电源线分开至少10厘米的距离，如有屏蔽的隔离措施，也必须分开接地，以避免电源线的电气噪声对控制信号造成干扰423电流调整电流调整电流调整电流调整DIPDIP开关的配置开关的配置开关的配置开关的配置图49DIP开关的正视图25表二DIP开关功能说明开关序号ON功能OFF功能DIP1DIP6电流设置用电流设置用DIP7自动半流功能关闭自动半流功能开启DIP8整步200步/转半步400步/转表三输出相电流设定表如下DIP1DIP2DIP3DIP4DIP5DIP6输出电流ONONONONONON25AONONONOFFONON30AONONOFFOFFONON40AONOFFOFFONONON45AONOFFOFFOFFONON50AOFFOFFOFFOFFONON60AOFFOFFOFFOFFOFFON65AOFFOFFOFFOFFOFFOFF675A424控制信号说明控制信号说明控制信号说明控制信号说明图410控制信号说明图L当驱动器使用正反转双脉冲控制方式时，必须注意不要同时输入正转脉冲信号和反转脉冲信号，因为当这两个方向的任意一个端口已经有脉冲信号输入时，另外一个方向的端口不能同时正常工作。L当驱动器使用脉冲和方向控制方式时，在改变方向时必须注意电机运转的方向信号要至少先于脉冲信号50微秒接通。2643ARM7实验控制板实验控制板实验控制板实验控制板431ARM处理器的特点处理器的特点处理器的特点处理器的特点采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持THUMB16位IARM32位X指令集，能很好的兼容8位/L6位器件；3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定；432ARM7单片机的优点单片机的优点单片机的优点单片机的优点ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点1、具有嵌入式ICERT逻辑，调试开发方便；2、极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用；3、能够提供09MIPS/MHZ的三级流水线结构；4、代码密度高并兼容16位的THUMB指令集；5、对包括WINDOWSCE、LINUX、PALMOS等操作系统广泛支持；7、指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于产品升级换代；8、主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用；9、ARM7系列微处理器的主要应用领域为工业控制、INTERNET设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用；10、ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核ARM7TDMI、ARM7TDMIS、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。27433LPC2200系列芯片简介系列芯片简介系列芯片简介系列芯片简介LPC2214基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMISCPU，并带有256K字节KB嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位THUMB模式将代码规模降低超过30，而性能的损失却很小。由于LPC2214有144脚封装（图411LPC2200系列芯片管脚排列）、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出、可使用的GPIO高达76（使用了外部存储器）112个（单片应用）以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机（POS）。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。图411LPC2200系列芯片管脚排列28LPC2200系列芯片内部结构图412LPC2200系列芯片内部结构图29434电源电路电源电路电源电路电源电路LPC2200系列ARM7微控制器均要使用两组电源，I/O口供电电源为33V。内核及片内外设供电电源为18V，所以系统设计为33V应用系统。首先，由CZ1电源接口输入9V直流电源，二极管D1防止电源反接，经过C42和C44滤波，然后通过LM7805将电源稳压至5V，在使用LDO芯片（低压差电源芯片）稳压输出33V及18V电压。原理图上设计的5V稳压电路是使用LM2575开关电源芯片，如图413所示，如果用户在开发板的外设PACK及其他用户接口上使用了功率较大的负载，则LM2575能提供足够的电流。图413电源电路系统电源电路图414所示，LDO芯片采用了SPX1117M318和SPX1117M333，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳定性好。由于LPC2200系列ARM7微控制器具有独立的模拟电源和模拟地引脚，为了降低噪声和出错几率，模拟电源与数字电源应该隔离。这里使用10H的电感L2L4实现电源隔离（将高频噪声隔离）。SPX1117系列LDO芯片输出电流可达500MA，输出电压的精度在波动1以内，还具有电流限制和热保护功能，广泛应用在手持式仪表、数字家电和工业控制等领域。使用时，其输出端需要一个至少10F的电容来改善瞬态响应的稳定性。30414系统电源电路445复位电路复位电路复位电路复位电路由于ARM芯片的高速。低功耗和低工作电压导致其噪声容限较低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。本开发的复位电路使用了专用微处理器电源监控芯片CAT1025JI30，以提高系统的可靠性。在图415中，信号NRST连接到LPC2210芯片的复位脚RESET，信号NRST连接到LPC2210芯片内部JTAG接口电路的复位脚TRST。当复位按键RST按下时，CAT1025JI30立即输出复位信号，使LPC2210复位图415系统复位电路31446系统时钟电路系统时钟电路系统时钟电路系统时钟电路LPC2000系列ARM7微控制器可使用外部晶振或外部时钟源，内部PLL电路可调系统时钟，是系统运行速度更快（CPU最大操作时钟为60MHZ）。倘若不使用片内PLL功能及ISP下载功能，则外部晶振频率范围是130MHZ，外部时钟频率范围是150MHZ；若使用片内PLL功能或ISP下载功能，则外部晶振频率范围是125MHZ，外部时钟频率范围是1025MHZ。ARM7实验控制板使用了外部110592MHZ晶振,电路图如图416所示，用1M电阻R45并接到晶振的两端，使系统更容易起振。用110592MHZ晶振的原因是使串口波特率更精确。图416系统时钟电路447串口接口电路串口接口电路串口接口电路串口接口电路由于系统电源是33V，所以应使用SP3232E进行RS232电平转换，SP32232E是3V工作电源的RS232转换芯片。当药使用ISP功能时，将PC的串口与开发板的CZ2相连，使用UART0进行通信。同时还要把JP1短接，是ISP的硬件条件（P014为低电平）得到满足。电路图如图417所示图417系统的串口电路图32448PWM电路电路电路电路在PWM输出控制上，使用PWM6（即P09引脚）输出，经过R90和C34进行RC滤波，实现PWMDAC控制，而JP2可以断开这部分电路，如图418所示。PWM测试点可直接测试PWM波形，PWMDAC测试点可以测量PWMDAC的电压值图418PWM电路449P07与蜂鸣器电路与蜂鸣器电路与蜂鸣器电路与蜂鸣器电路如图419所示，蜂鸣器使用PNP三极管Q2进行驱动控制，当P07控制电平输出0时，蜂鸣器蜂鸣当P07控制电平输出1时，蜂鸣器停止蜂鸣若把JP9断开则一端可接P07接口，从而可以根据这个原理产生图413控制信号说明图中所述的方向脉冲信号。图419P07与蜂鸣器电路33第五章第五章第五章第五章天线升降软件设计天线升降软件设计天线升降软件设计天线升降软件设计51软件设计的开发及仿真工具软件设计的开发及仿真工具软件设计的开发及仿真工具软件设计的开发及仿真工具511ADS12软件简介软件简介软件简介软件简介ADS12是一个使用方便的集成开发环境，全称是ARMDEVELOPERSUITEV12。它是由ARM公司提供的专门用于ARM相关应用开发和调试的综合性软件。ADS12是一款功能强大又易于使用的开发工具。ADS12囊括了一系列的应用，并有相关的文档和实例的支持。使用者可以用它来编写和调试各种基于ARM家族RISC处理器的应用。你可以用ADS来开发、编译、调试采用包括C、C和ARM汇编语言编写的程序。5111使用使用使用使用CODEWARRIORCODEWARIOR建建建建立工程并进行编译立工程并进行编译立工程并进行编译立工程并进行编译CODEWARRIORIDE（其软件界面如图51所示）提供基于WINDOWS使用的工程管理工具。它的使用使源码文件的管理和编译工程变得非常方便。其中包括用不同的语言（例如汇编或C）、不同的类型（源文件或库文件）的文件。CODEWARRIOR通过“工程（PROJECT）”来管理一个项目相关的所有文件。因此，在我们正确编译这个项目代码以前，首先要建立“调入模板或重新建立项目工程”、再“加入必要的库文件、启动代码等“、然后”使用C、C和ARM汇编语言编写源文件并添加到工程”、”对工程的编译选项进行适当配置”、最后”进行调试、编译及链接”。图51CODEWARRIORIDE345112使用使用使用使用AXDAXD进行仿真调试进行仿真调试进行仿真调试进行仿真调试A