电磁场与波教学实验系统开发

发布时间：2017-05-18 06:21

  本文关键词：电磁场与波教学实验系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线微波技术在我们的日常生活中应用越来越广泛,以移动手机为主要产品的无线电子设备以其便于携带、体积小、通信功能强大等多个优点,逐步取代了很多有线电子设备,电子产业进入了移动互联网时代。同时,在地球物理探测,卫星通信,电子对抗等科研军事领域,微波类技术也显得越来越重要。由此,电磁场相关人才将越来越受到社会的青睐。对教育工作者来说,“电磁场与电磁波”教学无论在国内还是国外,自始至终都是一个很大的挑战。鉴于电磁场与波知识体系中,理论公式复杂,电磁场理论模型抽象,以及电磁场本身不可见性,学生很难将课本上所接收到的知识融合到自己的理解范围之内。所以,设计一套能够让学生把所学知识和现象相结合的,提高知识转化率的实验系统很有必要。电子科技大学电磁场实验室里的老师率先开始从事电磁场与波实验仪器的研制开发,并设计出了一套成本低、操作性强、理论紧密结合实践的教学系统。本文的研究目的是将原有综合实验教学系统,在保持基本性能的基础上,对系统进行数字化升级,并利用新技术和方法增加系统能力,为开发新的教学实验方案提供硬件基础。研究中主要采用系统模块化设计方法,由于系统设计的学科方向和内容较为广泛,设计过程中将各个相对独立的功能模块分别加以研究和实现,然后再根据整个系统的性能对各个模块加以调整和改进。本文主要研究成果分别为三个主要方面:基本射频模块的设计和实现。射频部分按教学需求设计并实现了离散多频点频率合成,步进可控衰减,功率放大功能。数字电路部分以嵌入式控制芯片为核心完成了频率控制,功率调节,A/D转换,距离测试,串口通信等功能。软件设计部分包含用户界面的设计,数据显示,串口通信,网络通信功能以及绘图显示功能等。最后将设计的各个模块在实验室条件下进行了系统的联调测试验证了功能和性能,然后将实验系统在实际教学平台环境下进行了工程实例化验证并取得了理想的工作效果。
【关键词】：教学系统 数字化 模块化 频率合成
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O441.4-4;G642
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 本文的主要工作13-14
• 第二章 教学实验系统整体方案的分析14-18
• 2.1 实验系统功能和指标的提出14-15
• 2.2 数字主控电路的规划15
• 2.3 射频电路部分规划15-16
• 2.4 交互平台的方案规划16-17
• 2.5 软件设计17
• 2.6 本章小结17-18
• 第三章 教学实验系统数字电路设计18-25
• 3.1 基于单片机的硬件控制系统设计18-19
• 3.2 STC12C5A32S2单片机最小系统19-20
• 3.3 串口通信模块的实现20-21
• 3.4 超声波测距模块的实现21-23
• 3.5 A/D转换的设计与实现23-24
• 3.6 本章小结24-25
• 第四章 教学实验系统射频电路设计25-42
• 4.1 频率合成器25-31
• 4.1.1 频率合成器ADF4350简介26-27
• 4.1.2 ADF4350硬件电路设计27-29
• 4.1.3 ADF4350软件设计29-31
• 4.2 多级宽带放大器的设计与实现31-39
• 4.2.1 ADL5523和ADL5602仿真对比33-37
• 4.2.2 中间级TQP7M910237
• 4.2.3 末级放大器AH420-EG37-39
• 4.3 衰减器电路的设计39-41
• 4.3.1 П型固定衰减模块39-40
• 4.3.2 数控衰减模块40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 教学实验系统软件设计42-53
• 5.1 RS485串口通信程序设计42-45
• 5.1.1 RS485通信协议和硬件构成42-43
• 5.1.2 串口的自定义通信格式及程序设计43-45
• 5.2 基于 C#的用户界面软件设计45-52
• 5.2.1 Microsoft.NET Framework与C#45
• 5.2.2 基于Serial Port的串口程序设计45-47
• 5.2.3 基于TCP/IP的网络通信程序设计47-50
• 5.2.4 基于界面绘图功能设计50-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 模块测试与教学案例分析53-67
• 6.1 模块的制作与测试53-59
• 6.1.1 ADF4350模块的制作与测试53-54
• 6.1.2 放大器模块的制作与测试54-56
• 6.1.3 HMC274Q16数控衰减器制作与测试56-58
• 6.1.4 软件测试效果58-59
• 6.2 整机联机测试59-60
• 6.2.1 系统射频指标测试与分析59-60
• 6.2.2 数字与软件部分测试效果60
• 6.3 教学案例分析60-66
• 6.3.1 电磁波波长测试61-63
• 6.3.2 电磁波的极化测试63-65
• 6.3.3 接收功率与发射功率关系测试65-66
• 6.4 本章小结66-67
• 第七章 总结与展望67-68
• 7.1 本文工作总结67
• 7.2 下一步工作计划及展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70-71

【参考文献】

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1 杨德强;潘锦;陈波;;电磁波教学创新实验[J];实验室研究与探索;2009年04期

  本文关键词：电磁场与波教学实验系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：375320