1、    基于單片機的微波輻射計數控單元設計與實現微波輻射計是用微波進行遙感，從而對地物進行探測的微波接收機，在探測大氣、海洋、植被和土壤等方面有廣泛應用，而數據處理與控制單元作為微波輻射計的重要組成部分，承擔了所有的驅動及控制功能，對時序及精度要求十分嚴格。由于系統對可靠性要求較高，故采用單片機作為220 GHz微波輻射計數控單元的核心，通過精確的時序控制，實現了數據采集、天線控制、狀態提取、串口通信等功能。同時，該數控單元具有功耗低，采樣精度高微波輻射計是用微波進行遙感，從而對地物進行探測的微波接收機，在探測大氣、海洋、植被和土壤等方面有廣泛應用，而數

2、據處理與控制單元作為微波輻射計的重要組成部分，承擔了所有的驅動及控制功能，對時序及精度要求十分嚴格。由于系統對可靠性要求較高，故采用單片機作為220 GHz微波輻射計數控單元的核心，通過精確的時序控制，實現了數據采集、天線控制、狀態提取、串口通信等功能。同時，該數控單元具有功耗低，采樣精度高，接口簡便等特點。1 系統結構微波輻射計結構框圖如圖1所示，由檢波器輸出的模擬信號通過數控單元實現數據采集及傳輸、顯示與數據處理等功能，并對系統時序、上下電等進行控制，在輻射計的設計中處于重要位置。11 數控單元硬件結構系統由單片機、高速AD轉換器、程序存儲器ROM、高速靜態RAM、讀寫控制電路、通信電路等

3、部分組成，如圖2所示。通過鎖存器實現地址總線和數據總線的復用，同時，RAM的讀寫由讀寫控制電路來實現。數控單元采用Atmel公司的AT89C51單片機作為控制器，具有4 KB閃存ROM，128 B RAM，支持電擦除1 000次，選擇工作頻率為11059 6 MHz。同時采用AT28C256擴展程序存儲器ROM為256 KB，IDT71256擴展數據存儲器RAM為256 KB，通過鎖存器54HC573進行分時復用。數據采集部分采用AD公司的16位并行模數轉換器AD976A，采樣速率可達200 KSPS。該高速AD采用電荷重分布技術進行逐次逼近型模數轉換，因而不必外加采樣保持器。電壓輸入范圍為-

4、10+10V，分辨率高，可做到16位不失碼，滿足微波輻射計數控精度要求。AT89C51串行口輸出為TTL電平。為使其與PC機標準RS 232串口通信，系統選用MAX232電平轉換芯片。12 硬件設計與實現121 數據采集單片機初始化完畢后，通過片選信號選中AD轉換器，把RAM的控制權交給采集電路。AD976A進行數據采集時，置CS引腳固定為低電平，則轉換時序由 RC信號的下降沿控制，信號脈沖寬度至少為50 ns。當RC變為低電平時，BUSY信號也變為低電平，標志轉換結束，則移位府存器中的數據被更新的二進制補碼替代。設計中，由于256 KB數據存儲器僅需要15位地址A0A14，則使用A15與RD

5、，WR共同作為控制線，使AD轉換與數據存儲交替工作。當A15低電平時，選通數據存儲器IDT71256，此時CS為高電平，則AD976A停止工作；當A15為高電平時，通過與非邏輯電路使CS為低電平，選通AD976A，并通過WR 的變化提供RC下降沿，這樣可以通過軟件延時精確控制采樣率。122 總線控制在數控單元硬件結構中，采用P0口提供數據總線和地址總線，當ALE輸出信號為高電平時，P0口，輸出數據鎖存入總線驅動器中地址的低8位，同時和P2口送出的高8位地址組成完整的16位地址，尋址到外部的256 KB地址空間，由AD轉換器把采集到的數據存入靜態RAM中。由于P0口是數據與地址分時復用口，因此引

6、進74HC573作為地址鎖存器。同時，使用 RD作為讀取外部數據內存的控制線；WR作為寫入數據到外部內存的控制線；PSEN作為存取外部程序存儲器的讀取控制線。123 電機控制電路天線驅動控制部分通過上位機發送電機啟動命令，單片機從串口接收到啟動命令后，向電機驅動器AKS230發出節拍脈沖，以帶動天線勻速轉動；通過編程控制P10口輸出節拍脈沖速率，即可控制天線轉速。當上位機發出停止命令時，通過單片機程序提取天線狀態，保證天線啟停處于同一位置。考慮到單片機輸出電流與電機驅動電流的匹配問題，這里使用總線驅動器74LS245與單片機相連，輸出電流可達20 mA，滿足電機驅動要求。124 串口通信電路串

7、口通信部分通過AT89C51內部的全雙工串行通信接口RXD和TXD進行發送和接收。AT89C51串行接口有四種工作模式，本設計中，串口工作于方式1，波特率可變，通過定時器T1進行溢出率控制，令T1工作于方式2，由于波特率為(2SMOD32)·(fOSC12)·1(28- TH1)，則通過計算可得T1裝載值為0xFA，波特率為9 600 bs。這里選用MAX232完成TTL到EIA的電平轉換。2 軟件設計單片機軟件部分采用了模塊化的設計方法，按照功能分為數據采集及存儲、電機運行控制及狀態提取、串口發送與接收幾部分，各個模塊之間通過中斷或子程序調用等進行連接，有機地成為一體，整

8、個系統已經使用Medwin 3O調試并能夠成功運行。數據采集部分包括初始化、信號采集及存儲，采集速率通過編程進行控制，實現每10 ms采樣一個電壓值，并存人0100H01C8H的地址空間中，采集100個數據后調用中斷通過串口傳給上位機進行后續處理。每次系統上電時，采集部分復位并從頭運行，數據采集部分程序流程圖如圖3所示。電機運行控制部分通過中斷接收串口命令，以實現電機的精確啟動和停止，從而控制天線的掃描狀態，當串口發送5500h時電機停止；當發送55ffh時電機啟動。其重點在于精確讀取天線的轉角狀態，保證電機啟動和停止處于同一位置。主要通過軟件計數來實現，由于電機步進角為18°且采用

9、32細分，則每轉一圈步數為：360°(18°32)=6 400步，通過讀取計數值，實現對電機啟動停止位置的控制。電機控制部分程序流程圖如圖4所示。串口通信部分采用中斷方式，包括串口初始化和串口傳輸兩部分，通過發送標志TI和接收標志RI判斷中斷類型，若為接收中斷，則接收上位機命令，控制電機啟動和停止；若為發送中斷，則實現每次間隔1 s向上位機發送100個電壓值，即200個字節。其中，串口通信部分流程圖如圖5所示。3 上位機軟件設計上位機軟件主要通過C#實現，通過調用串口實現對下位機的控制及數據的后續處理，并能夠實時顯示采集數據波形并保存。界面如圖6所示。4 結 語單片機控制簡便，接口方便，實時性強。基于這些優勢，該文設計的微