545.EMI的天线升降控制接口电路设计--【arm毕业论文】 .doc
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1、1 毕 业 论 文(设 计) 中文题目:中文题目:EMI 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 英文题目:英文题目:EMI antenna down control interface circuit design 姓姓 名名 学学 号号 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 指导教师指导教师 指导老师职称指导老师职称 副副 教教 授授 提交日期提交日期 2010 年年 5 月月 10 日日 2 EMI 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 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
2、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 电磁兼容 EMC 电磁骚扰 EMI 步进电机 ARM 单片机
3、3 Abstract Movements of the EMI antenna control interface circuit design is electromagnetic interference (EMI) automatic test an important link, and antenna movement and synchronization of the entire EMC testing requirements fast, accurate and stable, the design must take account of the antenna cont
4、rol interface circuit itself down anti- interference ability, external radiation shielding and system design stability. Designed to address these issues the ARM7TDMI core based LPC2200 processor, to achieve precise control of movements of the antenna, the antenna elevator control requirements in acc
5、ordance with fast, ready to fixed-point movements, and received by the antenna to get signal processed by the spectrum analyzer data collected by the computer in test software to process data as fast as possible so as to find the equipment at the point of maximum value of electromagnetic disturbance
6、 to complete the system testing. The design has strong anti-interference, system design, high stability, there are certain practical significance and economic value. KeyKey wordswords Electromagnetic Compatibility Electromagnetic Radiation Harassment Stepper Motor ARM MCU 4 目目 录录 第一章 绪论.7 1.1 选题依据 7
7、 1.2 国内外相关领域现状 7 1.3 研究的目的与意义 8 1.4 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9 2.1 电磁兼容基本概念 9 2.1.1 电磁环境(Electromagnetic Environment) .9 2.1.2 电磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC) 9 2.1.3 电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance) 9 2.1.4 电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI) 9 2.2 电磁干扰的危害 .10 2.2.1 信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息
8、安全 .10 2.2.2 机载系统的电磁干扰现象 .10 2.2.3 医疗卫生设备或系统中电磁干扰的危害 .11 2.3 电磁兼容的设计 .11 2.4 电子设备辐射 EMC 测试方法 .12 5 第三章 系统总体设计.14 3.1 方案论证 .14 3.2 接口电路框图 .16 3.3 系统硬件控制电路图及工作原理 .17 3.4 电路抗干扰技术 .17 第四章 天线升降硬件设计18 4.1 步进电机 .18 4.1.1 步进电机的概述.18 4.1.2 步进电机工作原理.19 4.1.3 步进电机的选型 .21 4.2 步进电机驱动器 2H1060(两相双极整半步型) .23 4.2.1
9、2H1060 的特点:.23 4.2.2 典型接线图: .24 4.2.3 电流调整:DIP 开关的配置: 24 4.2.4 控制信号说明: .25 4.3 ARM7 实验控制板.26 4.3.1 ARM 处理器的特点26 4.3.2 ARM7 单片机的优点.26 4.3.3 LPC2200 系列芯片简介26 4.3.4 电源电路 .31 6 4.4.5 复位电路 .32 4.4.6 系统时钟电路 .33 4.4.7 串口接口电路 .33 4.4.8 PWM 电路34 4.4.9 P0.7 与蜂鸣器电路.34 第五章 天线升降软件设计.35 5.1 软件设计的开发及仿真工具.35 5.1.1
10、ADS1.2 软件简介.35 5.1.2 H-JTAG 仿真软件简介.36 5.1.3 LPC2000_ISP 软件简介37 5.2 天线升降软件总体设计 .38 5.2.1 软件流程及软件程序38 第六章 系统测试与分析.39 6.1 天线控制系统的测试分析.39 6.1.1 测试准备 .37 6.1.2 线路连接 .37 6.1.3 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 附录一.43 7 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 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
11、。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
12、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。 1.21.2 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
13、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
14、 EMC 认识的进一步加深,EMC 8 认证将会成为各生产企业关注的热点,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。 1.31.3 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(
15、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
16、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。 1.41.4 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
17、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 9 撰写工作。 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 2.12.1 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。 2.1.12.1.1 电磁环境电磁环境(Electromagnetic(Electromagnetic Environment)Environmen
18、t) 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。 2.1.22.1.2 电磁兼容性电磁兼容性(Electmmagnetic(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC)Compatibiiity-EMC) 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。 2.1.32.1.3 电磁骚扰电磁骚扰(Elec
19、tmmagnetic(Electmmagnetic Disturbance)Disturbance) 电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance)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
20、的骚扰、 向空间辐射的电磁场等。 2.1.42.1.4 电磁干扰电磁干扰(Electromagnetic(Electromagnetic Interference-EMI)Interference-EMI) 电磁干扰(Electromagnetic Interference)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。 10 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
21、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。 2.22.2 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
22、 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。 2.2.12.2.1 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
23、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。 2.2.22.2.2 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 11
24、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。 2.2.32.2.3 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。 2.32.3 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
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