论文总字数：20923字

目 录

第一章 绪论 1

1.1 天线近场测量技术的研究目的及意义 1

1.2 天线近场测量技术的研究背景和国内外研究现状 1

1.3 天线近场测量技术的功能特性 1

1.4 本文的研究内容 2

第二章 芯片概述 3

2.1 AT91SAM7S64芯片的简介 3

2.2 AT91SAM7S64芯片的特性 3

2.3 AT91SAM7S64的引脚排列 6

2.4 AT91SAM7S64芯片重要部位的功能特点 6

2.4.1 电源模块引脚的功能及特点 6

2.4.2 AT91SAM7S64芯片的复位控制器 7

2.4.3 时钟发生器的功能特性 9

2.4.4 串行外设接口（SPI） 10

2.4.5 USART（同步异步收发器） 11

2.4.6 PWM的功能特点 13

2.4.7 定时器与计数器（TC）的功能特点 15

第三章 研究需求与总体方案 19

3.1 研究需求 19

3.2 硬件设计的总体方案 19

第四章 系统硬件模块电路设计 21

4.1 电源电路模块 21

4.2 复位电路的设计与JTAG电路的连接 22

4.3 键盘电路的设计 23

4.4 显示屏模块的设计 24

4.5 电机驱动模块 26

4.6 光栅尺位移反馈电路的设计 29

4.7 串口通信电路的设计 29

4.8 实验调试图 31

第五章 总结 32

参考文献： 33

致谢 34

基于ARM的天线近场扫描支架控制系统的硬件研究

程晨

，China

Abstract：In this paper, the AT91SAM7S64 chip has been studied and introduced in detail, and the control system of the near-field of the antenna has been summarized, and the circuit design of the antenna near-field motor system has been carried out. Research and design, we use the computer and the host computer communication or keyboard circuit to receive motor control instructions, the microcontroller processed after the motor control signal; motor control signals, including stepper motor and servo motor two types, the control method is divided into PWM and voltage control , So the motor control circuit includes PWM circuit and DA conversion circuit; at the same time through the grating to feedback the displacement of the near-field scanning frame, through the microcontroller's closed-loop control circuit to control the motor speed and travel distance; motor real-time displacement through serial communication to the upper Machine, and thus with the test data to get the antenna pattern information; Finally, through the display circuit shows the motor running state.

Key words：AT91SAM7S64; antenna near field measurement; motor control; hardware; circuit design.

第一章 绪论

1.1 天线近场测量技术的研究目的及意义

当代社会，随着时代的进步和科学的发展，数据采集，数据测量和对各类测试结果的处理变得愈加重要，天线近场测量系统即是一套在中心计算机的控制下进行天线近场扫描及对数据采集，测量，处理的一种十分优秀的系统。如今各类大型重工业发展迅速，要想实现对机器的测量控制和及时的反馈，天线近场控制系统也显得更加重要。目前对天线近场控制系统的研究也是越来越重视，由于天线近场扫描的广泛性，该系统也发展地越来越快。

天线近场测量技术的发展也会加快各行业核心技术的发展，这种测量技术在军事雷达，航空及航天等众多领域有着极为广泛的应用，神州和各类航天飞船的发射成功，都离不开雷达天线的技术研究开发，其中天线近场测量的重要性，更是不言而喻。

1.2 天线近场测量技术的研究背景和国内外研究现状

天线测量是天线研究和制造过程中一项十分重要的工作，而且其工作繁琐复杂。在一些需要高精度和性能的天线的研究过程中，天线测量技术会显得格外的重要。随着空间技术的快速发展，通讯设备的不断更新，天线的重要性也愈加凸显，常规远场测量天线的方法也已不能满足全新技术的要求，因此新型天线测量方法需求非常迫切。

国外从50年代开始，就对天线近场测量技术有了初步的技术性研究，所谓近场测量，就是利用一个已知特性的测量探头，在被测天线的某一平面上进行测量扫描，记录探头接收的幅度及位置关系，再经这些测量数据，确定被测天线的远场特性。天线近场测量技术在我国从1970年后才开始发展，并在几十年中，迅速的成为了一种重要的天线测量手段。跟从前的普遍的天线远场测量相比，它有着很多的优点，是一种十分值得重视研究的测量技术。比如信息量获取更广，测量环境对气的影响较小，测量的更为准确，测量过程也省时，省力等等，因此获得了更加广泛的应用。而在天线的近场测量系统中，控制近场扫描系统支架的硬件架构的设计就是至关重要的一环，它直接影响到整个系统研究的成功与否。其稳定性与各个位移量控制的精度都将直接影响最终的结果。

1.3 天线近场测量技术的功能特性

天线近场测量技术的特点就是精度高，稳定性强，性能优秀，功能繁多，并且它可以快速地对各种类型的天线数据进行准确的诊断和测量。因此，对其扫描架控制系统的设计是十分关键的一项工作。而随着控制技术，芯片发展及元器件制作精细的迅速进步，天线近场测量控制系统的设计，也在逐步的完善和扩展中。

与常规的远场天线测量相比，它也有着较多的优点：

1）近场测量的成本较低，并且相对于远场的精度要更加准确。

2）近场测量获得的信息量更大，并且三维方向图可以立即绘制出，并以立体角域的方式展现。

3）近场测量可以在室内进行，避免一些室外因素导致的工作间隙。

4）近场测量在测试一些大型的天线单位时，突破了以往的尺寸限制，不同于远场，它应用范围广，完全可以对大型测试场进行测量。

5）测量保密性也较高，全程由计算机进行控制。

1.4 本文的研究内容

本文的研究中心即是通过微型芯片AT91SAM7S64实现对天线近场的扫描支架电机系统的控制。通过ARM的功能特性及对各类电路的设计，实现对近场天线测试系统的电机速度、方向的控制，并及时反馈扫描得到的位移量及其他参数，使整个系统有条不紊的运作。本文的重点也就在于对扫描支架驱动电机的控制系统的硬件部分研究设计。

具体要设计的电路主要包括电源电路，复位电路，键盘电路，LCD显示屏模块，上位机指令接收通信电路，电机控制D/A转换电路，电机控制PWM电路，及光栅尺近场扫描架位移的反馈电路等。

第二章 芯片概述

2.1 AT91SAM7S64芯片的简介

AT91SAM7S64是ATMEL在2005年左右推出的一款ARM7芯片，具备丰富的片上外设，包括一个经过认证的USB 2.0 Full Speed Device Port, SPI, SSC, TWI 和一个8通道的10-bit ADC。 这种芯片内置1.8V的LDO供给内核供电，电源则是单3.3V，采用0.5mm间距LQFP64封装。64KB FLASH，16KB SRAM，最高主频55MHz，可替换传统8位单片机应用。

AT91SAM7S64芯片是AT91SAM7S系列专设的最小系统，当然之后也产生了128,256等同样功能十分优秀的芯片产品，系统板集成后，可以直接通过串口进行电源通信，单电源的3.3V系统供电。系统中包含RESET复位电路，JTAG测试烧写调试电路，ISP电路和各类转换电路等等。同时会将其中的所有GPIO引出，其间距为2.54毫米，可以被用户直接使用。AT91SAM7S64 是Atmel基于32位ARM RISC结构处理器的小管脚输出的Flash微处理器。它包含64K字节的内置高速FLASH和16K字节的SRAM，还有着一个USB2.0的外设接口，外围扩展器件需要的较少。

2.2 AT91SAM7S64芯片的特性

AT91SAM7S64芯片的具体特性有：

(1)集成了ARM7TDMI® ARM® Thumb® 处理器，它具有高性能的32位RISC架构和嵌入式ICE的电路仿真，同时可以支持调试通讯，且包含16位高密度的指令集。

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