中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目：自動天線量測系統

Automatic Antenna Measurement System

系 所 別：電機工程學系碩士班 學號姓名：M09101031 范 光 慶

指導教授：田 慶 誠 博士

中華民國 九十四 年 一 月

中文摘要

本論文為設計一個天線自動量測的系統，而且量測距離為1.36米的全 電波暗室，而且測試角度的解析度為 1 度，除此之外還可以接受測試角度 小於 360 度以下的任意整數角，當測試開始鈕按下時，本系統會進入自動 測試的程序，並將量測到的天線輻射強度亦稱之為指向性( Directivity)以 POLAR 圖的方式顯示在系統的操作畫面上，不但如此，本系統還能夠自 動的計算出量測天線的最大增益值的角度位置，在取得最佳角度位置後，

系統會進入輸入阻抗（S11）的量測模式，程序上會將所量測到的待測天 線之輸入阻抗值（S11）顯示在操作畫面上。

Abstract

This thesis is about an Automatic Measurement System for Antenna. And the distance of measurement is 1.36m in this fully anechoic chamber , the resolution is 1 degree for test.

Besides, it can do the measurement with any integral-angle. After press the button of “start”,the system will be in automatic flow for test, and show the result of Antenna Gain with polar diagram on the screen. After these, the system will auto-calculate the maximum gain of antenna, location and it’s input impedance S^11, and show all of theseon the screen also.

致謝

終於順利的完成了此論文了，心中感到無比的高興，因為當這篇致謝 寫完，人生又將到達另一個階段了，這篇論文之所以能完成首要感謝的就 是我的指導教授田慶誠老師，這幾年來對我的包容，以及耐心的指導，在 求學的過程中，我覺得他是一位最盡責的老師了，記得研一新生的暑假 時，田老師就時常放棄休息，幫我們上課，甚至上到晚上11點多，田老師 在台上不覺得累，我的肚子和體力早就先投降了，他對學生的付出是那麼 得無怨無悔，也壤我感覺到自己的渺小，另外還要感謝王志湖老師，他對 我們電子電路部份的指導才能夠讓本論文更完善。

回想念碩士班的這段期間要感謝的人非常的多，首先要感謝的就是我 的同學、學敏、宗憲、柏成、明志、嘉豪、昭陽、佳清，黃新與家詮的陪 伴，讓我在這段求學期間有幸與他們做同學，此外還有、幼林、仲加、宗 育、建鋒學長們對我的諄諄教導，接下來，我要感謝的就是我最可愛的學 弟，包括：繼中、淵鍊、俊貴、翊軒、家鈞、昱 、爾亮有你們這一年來 的陪伴，我真的覺得很快樂。

另外我在業界的朋友信宏博士，謝謝你的鼓勵與建議，光漢，謝謝你 的支持與陪伴，我的長官楊聰益，謝謝你的包容與對我在技術上的指導

，謝謝你們

最後，我想我所要感謝的就是我的家人，我的父母，尤其是我的老婆 雅雯，每當我熬夜作論文時她都會陪伴在我身旁，有時還會為我煮宵夜充 飢，也難怪我最近胖了5公斤，當我遇到困難與挫折時，你們都能夠一直 默默的陪伴在我的身旁，感謝你們，我願將這一切與你們分享。

光慶 親筆

2004年 秋

目 錄

中文摘要……… 2

英文摘要……… 3

誌謝……… 4

目錄……… 5

圖目錄……… 8

表目錄……… 10

第一章 導論……… 11

1.1 研究動機……… 11

1.2 天線輻射的方式……… 11

1.2.1 極化……… 11

1.3 天線量測參數……… 12

1.3.1 天線阻抗 ……….. 13

1.3.2 方向性……… 18

1.3.3 天線增益……… 21

1.3.4 路徑損失……… 22

1.3.3 駐波比……….... 24

1.4 天線近遠廠測試……… 24

第二章 測試隔離系統之建構……….. 26

2.1 隔離室枝介紹……… 26

2.2 原理概述……… 26

2.3 電波暗室……… 28

2.4 本隔離室系統之介紹……… 29

2.4.1 本 Chamber 之架構圖………. 30

2.4.2 Chamber 基本儀器設備………. 30

2.4.3 Chamber 尺寸規格……… 31

第三章 硬體設計與應用……….. 33

3.1 系統硬體簡介……… 33

3.1.1 硬體組成部份……… 33

3.2 電腦介面通訊……… 34

3.2.1 腦通訊介面概……….. 34

3.3 並列埠硬體……… 34

3.3.1 並列埠特性………..… 34

3.3.1.1 認識並列埠 I/O 位址……… 34

3.3.1.2 D-Type 25 接腳名稱及功能………. 35

3.3.1.3 D-Type 25 的暫存器………. 37

3.4 8255 之整合 3.4.1 8255 特性………. 39

3.4.1.1 8255 接腳及功能……….… 39

3.4.1.2 8255 工作模式……….… 41

3.4.1.3 控制字組設定……….. 42

3.4.1.4 並列埠與 8255 之整合……… 43

3.5 步進馬達傳動齒組設計……….. 44

3.5.1 動齒組簡介……….. 44

3.5.1.1 傳齒組機構……….. 44

3.5.1.2 實際傳動齒組機構……….. 46

3.5.1.3 步進馬達規格與激磁……….. 47

3.5.2 步進馬達驅動電路……….. 48

第四章 軟體設計與應用……… 51

4.1 系統軟體設計架構……….. 51

4.1.1 統軟體簡介……….. 51

4.2 LabVIEW 的環境與簡介……….….. 51

4.2.1 LabVIEW 緒論………..… 51

4.3 並列埠軟體控制……….. 52

4.3.1 並列埠 I/O 控制………..… 52

4.3.1.1 I/O 埠的函數………..… 52

4.3.1.2 8255 控制程式……….… 53

4.4 GPIB 埠軟體控制………. 55

4.4.1 GPIB 埠架構………. 55

4.4.1.1 GPIB 埠簡介………. 55

4.4.1.2 IEEE 488.2 與 GPIB 規格………..… 55

4.4.2 儀器 GPIB 埠 I/O 控制……… 56

4.4.2.1 儀器軟體架構 VISA 概況……… 56

4.4.2.2 VISA 函數……….…… 56

4.5 量測儀器軟體控制……….. 57

4.5.1 HP 8719D 向量網路分析儀……… 57

4.5.1.1 量測儀器簡介………..…… 57

4.5.1.2 量測儀器控制指令集……….… 60

4.5.2 HP 8719D 控制程式……… 60

4.5.2.1 儀器初始化程式……….…. 60

4.5.2.2 儀器頻率設定程式……….… 60

4.5.2.3 儀器 POWER 設定程式………. 61

4.5.2.4 儀器 FORMAT 定程式……… 62

4.5.2.5 儀器 MARK 設定程式………. 63

4.6 Chamber 量測系統主程式……….. 63

4.6.1 LabVIEW 主程式……… 63

4.6.1.1 主程式架構………..……….… 63

4.6.1.2 主程式動作說明………..……….… 65

第五章 天線量測操作程序……….… 69

5.1 硬體週邊設定………... 69

5.1.1 架設待測天線………... 69

5.1.2 儀器設備之操作………. 69

5.2 測試程式操作與設定………... 70

5.2.1 測試程式載入………70

5.2.2 測試程式操作……….…… 71

5.2.3 量測參數之輸出………...… 71

第六章 實際天線量測………..……….. 74

6.1 網路分析儀校正………..…….…74

6.1.1 校正程序.……….... 74

6.2 Chamber 內的設置……….…….. 75

6.2.1 待測天線設置………75

6.3 軟體操作與輸出………76

6.3.1 操作介面的設定………76

6.3.2 量測參數輸出………76

第七章 結論………. 77

參考文獻………... 78

圖目錄

圖 1.1 垂直極化波圖………. 12

圖 1.2 水平極化波圖………. 12

圖 1.3 天線上電壓，電流，及阻抗分佈圖………. 13

圖 1.4 天線之輸入阻抗圖………. 13

圖 1.5 天線發射狀態圖………. 14

圖 1.6 天線發射之戴維寧等效電路圖………. 15

圖 1.7 天線接收狀態圖………. 17

圖 1.8 天線接收之戴維寧等效電路圖………. 17

圖 1.9 電磁波射入至一 S 平面圖………. 19

圖 1.10 全向輻射圖………. 20

圖 1.11 雙向輻射圖………. 20

圖 1.12 兩天線相隔距離為 R 之測試圖………. 23

圖 1.13 天線測試近遠場測試圖………. 25

圖 2.1 共振腔波速分解圖………. 27

圖 2.2 標準全電波暗室規格圖………. 29

圖 2.3 本 Chamber 系統架構圖………. 30

圖 2.4 實際 Chamber 尺寸圖………. 31

圖 3.1 硬體組成部分示意圖………. 33

圖 3.2 主機板介面圖………. 34

圖 3.3 ECP-印表機連接埠(LPT1)位址圖………. 35

圖 3.4 D-Type 25 信號接腳圖………. 36

圖 3.5 8255 IC 接腳圖 ……….. . 40

圖 3.6 8255 控制字組模式設定圖………...……. 43

圖 3.7 並列埠與 8255 轉換電路圖……….. 44

圖 3.8 步近馬達直接連接測試平台示意圖………. 45

圖 3.9 改良後的步近馬達直接連接測試平台示意圖………. 46

圖 3.10 步進馬達傳動齒組實體圖………. 46

圖 3.11 步進馬達驅動電路圖………. 49

圖 3.12 ULN2803 內部電路圖……….. 49

圖 3.13 實體轉換驅動電路圖………..…. 50

圖 4.1 LPT11 埠 P2~P6 輸出 FF 程式圖……….….….… 53

圖 4.2 8255 控制程式圖………. 54

圖 4.3 8255 輸出副程式圖示………. 54

圖 4.4 VISA 體系架構圖………. 56

圖 4.5 VISA Write 函數圖……… 57

圖 4.6 VISA Read 函數圖………. 57

圖 4.7 儀器初始化程式圖……….. 60

圖 4.8 頻率設定副程式圖……….. 61

圖 4.9 POWER 設定副程式圖……….. 62

圖 4.10 FORMAT 設定副程式圖………. 62

圖 4.11 MARK 設定副程式圖………. 63

圖 4.12 系統主程式圖………. .63

圖 4.13 主程式第一部份程式圖……….. 65

圖 4.14 主程式第二部份程式圖……… 66

圖 4.15 主程式第三部份程式圖_1……….. 67

圖 4.16 主程式第三部份程式圖_2……….. 67

圖 4.17 主程式第四部份程式圖……….. 68

圖 5.1 天線架設圖……….. 69

圖 5.2 天線量測操作畫面圖……….. 70

圖 5.3 天線量測設定畫面圖……….. 71

圖 5.3 天線量測輸出畫面圖……….. 72

圖 6.1 實際 Port 1 Calibration 圖……….. 73

圖 6.2 實際 Port 2 Calibration 圖……… 73

圖 6.3 實際待測天線架設圖………. 74

圖 6.4 實際 Horn 天線架設圖……….. 74

圖 6.5 實際操作介面設定圖………. 75

圖 6.6 實際 Radiation Pattern 量測結果圖……… 76

圖 6.7 實際輸出阻抗量測結果圖………. 76

表目錄

表 3.1 D-Type 25 各腳位名稱及功能表……….. 37

表 3.2 資料暫存器內容表……….. 38

表 3.3 狀態暫存器內容表……….. 38

表 3.4 控制暫存器內容表……….. 39

表 3.5 8255 接腳功能定義表………....41

表 3.6 控制線相關說明真值表……….. 42

表 3.7 1 相激磁真值表……….. 47

表 3.8 2 相激磁真值表……….. 47

表 3.9 1-2 相激磁真值表……….. 48

表 4.1 基本 PORT IN/OUT 函數表………. 52

表 4.2 HP 8719D 儀器指令集表………..……. 59

CHAPTER 1 INTRODUCTION

第一章 導論

1.1 研究動機

近年來由於科技迅速的發展，使得人類的生活水準提升，尤其是無線 通訊的發展，幾乎成為每個人生活中不可或缺的隨身裝備，人們每天均在享 受它所帶來的便利，而天線就是促使這些無線裝備能夠進行電波傳遞最重要 的功臣，舉凡收音機，電視機，衛星定位系統，行動電話，長途國際電話等 等，均需要經發送天線及接收天線才能夠完成，

有鑑於此，天線不論在設計，應用，與測試等各方面都是非常重要，且 需要詳加探討，天線其實背後的理論是非常複雜且虛幻的，原因是當天線用 於發射系統時，是將發射機所產生出來的射頻能量（Radio frequency ener- gy）以電磁波（Electromagnetic wave）的方式向空中輻射，且當天線用於接 收系統時，其功能是要擷取空中電磁波的能量轉變為對接收機有用的設頻信 號，也就是說天線所對應到的信號皆是看不到也摸不到的電磁波，所以也就 加深了天現在製作與量測的困難度．

因為天線傳遞的電磁波容易受到外界雜訊的干擾如空氣中的水氣，

雷擊，溫度，與地面上的建築物，山脈等這些因素都會造成雜訊的干擾，也 是因為如此，造成了天線在製作與測試上的困難，所以要營造一個無干擾的 測試環境以提供天線參數的量測與驗證是非常迫切而且實用．正因如此才會 導致我想要設計一套天線自動量測系統，以提供各種天線數據的測試．

1.2 天線輻射的方式

1.2.1 極化

在圖 1.1 所示為一天線上所產生的電場（electric field）及磁場（magnetic）

的變化情形．極化（polarization）[1]對天線而言，及敘述天線所輻射的電場 及磁場的方向，通常均以電場的方向來決定一天線極化的方向，一直立天線 的輻射元素為垂直的，因而產生一垂直電場波，因此稱該天線的輻射波為垂 直極化波（vertically polarized wave），如圖 1.1 所示無線電波的磁場與電場 以直角相交的形式傳送，其中的電場面稱之為極化面，且電場面對大地而 言，成為垂直的狀況稱之。

CHAPTER 1 INTRODUCTION 電場

磁場 垂直天線

磁場

電場 圖 1.1 垂直極化波圖

相對的，水平線在水平的方向所輻射的電波，稱其為水平極化波

（horizontally polarized wave）如圖 1.2 所示 磁場

電場 水平天線

電場

磁場

圖 1.2 水平極化波圖

假如極化面成為圓形或橢圓形旋轉時，稱為圓極化波，而圓極化波又可 根據電波經由天線輻射出去所進行的方向分為左旋圓極化及右旋圓極，在視 線距離內通信的場合，發射天線與接收天線的極化面必須一致，如由垂直天 線所傳送的電波，卻用水平天線接收[2]，由於極化面不同，將會造成損失，

但在短波帶遠距離通信的場合，因受到電離層反射的引響，極化面會發生變 化，成為具有水平，垂直極化面都存在的情形，在此情況下可以不必考慮由 於極化面的不同所造成的損失．

在探討了這麼多的天線輻射的方式主要就是要更了解天線的傳送與量 測方式，由於本論文的主題在於天線自動量測的系統，也因此使得天線量測 的步驟與原理顯的格外的重要，所以懂得天線的量測之前必須對天線輻射方 式與電磁波極化有深刻的了解，除此之外，天線測試的項目會在下一節介 紹，以及 Chamber 可工作的頻率範圍與限制都是必須詳加說明解釋的．

1.3 天線量測參數

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.3.1 天線阻抗（antenna impedance）

天線阻抗即為天線上一測試點電壓與電流的比值，以表示式如下：

阻抗＝電壓／電流

當天線阻抗為最小時，及稱該天線諧振於其工作頻率，此情況下，已知值之 功率及該諧振頻率下，天線電流為最大值．沿一天線長度上任意點之間，其 所呈現阻抗值亦不同，此點觀察如圖 1.3 所示可知，沿一諧振天線上分別繪 出電壓電流及阻抗分佈圖，在最小阻抗，電流值為最大．

＋

相對振幅

－

圖 1.3 天線上電壓，電流即阻抗分怖圖

另外天線的輸入阻抗其定義可以由圖 1.4 所示從天線的終端 a-b 點看入的 輸入阻抗。

Antenna ａ ｂ

Z

圖 1.4 天線之輸入阻抗

當 a-b 端無任何負載時，此時 a-b 上電壓對電流的比值即為天線的輸入阻 Ｚ阻抗

Ｉ電流

天線 Ｅ電壓波

λ/2

CHAPTER 1 INTRODUCTION 抗，定義如下：

Z_A R_A jX_A

ZA為天線終端 a-b 之阻抗，R_A為天線終端ａ-ｂ之電阻，X_A為天線終端 a-b 之電抗。天線的電組又可以分為以下兩個部份：

R_A R_r R_Loss

Rr為天線輻射電阻，R_Loss為天線損耗造成之電阻。若將天線接上信號產生 器(Generator)形成發射天線如圖 1.5 所示，且信號產生器的內部阻抗如下：

Z_g R_g jX_g

Rg為信號產生器電阻，X_g為信號產生器電抗，並由圖 1.5 所示，考慮所有 元件的阻抗，用戴維寧等效表示如圖 1.6 所示。

Antenna ａ

Generator(Z_g) Radiated Wave ｂ

圖 1.5 天線發射狀態圖

CHAPTER 1 INTRODUCTION

圖 1.6 天線發射之戴維寧等效電路圖

由等效電路圖得知迴路電流I_g方程式與I_g強度方程式為：

) (

)

` ( r lOSS g A g

g g

A g

g R R R j X X

V Z

Z I V

_{2 2} ^1/2

) (

) (

|

| |

|

g A

g lOSS r

g

g

R R R X X

I V

其中V_g式信號產生器產生的電壓峰值(Peak Voltage)。傳送到天線的實功率 有兩項：一是輻射電阻R_r產生的輻射功率P_r，二是損耗電阻R_Loss產生的損失 功率P_Loss其表示式如下：

_{2 2}

2 2

) (

) 2 (

|

| | 2| 1

g A g

lOSS r

g r r

g

r R R R X X

V R R

I P

CHAPTER 1 INTRODUCTION

2 2

2 2

) (

) (

2

|

| | 2 | 1

g A g

lOSS r

g Loss Loss

g

Loss R R R X X

V R R

I P

除了傳送到天線的功率外，另外還有信號產生器內部電阻 Rg 所產生的消耗 電阻其表示式如下：

2 2

2 2

) (

) (

2

|

| | 2 | 1

g A g

lOSS r

g r r

g

r R R R X X

V R R

I P

當天線與信號產生器共軛匹配(Conjugate Matching)，此時天線具有最大 功率轉移，此時天線電阻與信號產生器電阻相同，天線的電抗與信號產生器 的電抗相消：

P_r P_Loss R_g X_A X_g

此時P_r、P_Loss、P_g上的功率則為：

2 2

) (

8

|

|

Loss r

g r

r R R

V R P

₂

2

) (

8

|

|

Loss r

g Loss

Loss R R

V R P

2 2

) (

8

|

|

Loss r

g g

g R R

R P V

P_g P_r P_Loss

上述是發射天線與信號產生器有最大功率轉移時，每個元件上消耗功率的表

CHAPTER 1 INTRODUCTION

示式。此時訊號產生器因為與天線的輸入阻抗共軛匹配所產生的功率為：

L r g

L r

g g

g g

S R R

V R

R V V

I V

P 1

4

|

| ) (

2 2 1 2

1 * ^{* 2}

若將天線表示為接收天線(Receiving Antenna)，天線終端 a-b 接上負載 (Load)。如圖 1.7 為天線接收狀態，圖 1.8 為接收天線的戴維寧等效電路圖

Antenna ａ

Load(ZT) Incident Wave ｂ

圖 1.7 天線接收狀態圖

圖 1.8 天線接收之戴維寧等效電路圖

圖 1.8 中V_T是天線接收能量後，在天線上感應的電壓。天線為接收狀 態時V_T則可以看為是一個信號產生器，產生V_T提供給負載Z_T，天線的阻抗 相當於信號源阻抗。利用上述發射天線的分析方法，當接收天線與負載Z_T共

CHAPTER 1 INTRODUCTION

軛匹配時(R_r R_Loss R_T，X_A X_T)，功率在P_r、P_Loss、P_T上的表示式分別 如下：

2 2

) (

8

|

|

Loss r

r T

r R R

R P V

₂

2

) 8 (

|

|

Loss r

T Loss

Loss R R

R P V

2 2

) (

8

|

|

Loss r

T T

T R R

R P V

P_T P_r P_Loss

1.3.2 方向性（directivity）

說明天線的方向性之前，首先需要先了解弧度(Radian)與球面度

(Steradian)的定義，若一個半徑為 r 的平面圓，圓周長 C=2πr，那麼整個 平面圓的平面角則定義為: 2πr/r = 2π( rad)。若一個半徑為 r 的圓球體，

球體的表面積為4 r²，那麼整個圓球體的立體角則定義為4 r²/r² 4 (sr)

，因此我們可以定義一個微量的球體表面積 dA 為:

dA r

sin d d

( m

)

那麼微量的固體角(solid angle) dΩ則定義為:

d r d

d dA sin

2

(sr )

若有一個電磁波朝某一個平面打過去如圖 1.9 所示，依據功率的守恆定理

CHAPTER 1 INTRODUCTION

圖 1.9 電磁波入射至一 S 平面圖

可將功率表示為：

S V V V

dv E dv

t H dv

t E s

d H

E ^{2 2 2}

2 1 2

) 1 ( ) (

上述式中所代表的電機意義為:入射功率=電場功率+磁場功率+歐姆功率。

也就是所謂的功率守恆定理，另外上式中(E H)則定義為波印亭向量 (Poynting vector):

S(Rt) E(Rt) H(Rt) W/ m²

S 所代表的意義為：功率的面密度，若另外定義 W 為瞬時波印亭向量，那 麼平均的波印亭向量(Average Poynting vector)亦為平均功率密度

(Average Power density)則是對時間作微分其表示式為：

Re[ ]

2 )] 1

, , , ( [ ) , ,

(

W_{av av (W/m}²₎

根據上述的表示式，一個天線的平均輻射功率亦為幅射功率(Radiated Power)則可以表示為：

E H

μσε K S平面

s d

入射功率

CHAPTER 1 INTRODUCTION

ds H

E ds

W P

P

s s

av av

rad

Re( )

2

1

在自由空間中，自一點信號源（Point source）均勻向四方輻射電磁波 時，乃產生一球狀電磁波（spherical wavefront），此時可稱該點信號源為 等向信號源（istropic source），若自的中心切割線，取得到一切割面為 A 平面，如圖 1.9 所示，輻射圖形為一圓形，或稱其為全向（omnidirectional）

輻射．

圖 1.10 全向輻射圖

對全向性天線的輻射強度(Radiation intensity of isotropic source)，

定義為 Uo 其表示式為：

4 Prad

Uo (W/unit solid angle)

若一天線輻射的能量分向兩方集中，其輻射圖形為圖 1.11 所示，則稱其為

圖 1.11 雙向輻射圖

CHAPTER 1 INTRODUCTION

雙向性（bidirectional）輻射，其中若天線向某一特定方向所輻射的強度 為U( ) 其表示式為:

U ( ) r

W

( )

當天線某一特定方向大於無損點源訊號所輻射之強度時，則言該天線具 有增益，此增益稱之為方向性增益(Directive gain)其定義為：

rad

g P

U U

D U 4

0

當天線幅射強度朝某一特定的方向有一個最大值定義為U_max，由下式定 義 Do 為天線的指向性(directivity)其表示式為：

Prad

U U

U U

D U ^max

0 max 0

max 0

4

| ) (

1.3.3 天線增益（Antenna Gain）

任一點天線的增益一般的表示為:

Pin U power

input total

ensity radiation

Gain ( , )

int 4 4

若以一個輸入為無損的點源信號而言，其增益的表示式為：

) (

) , ( 4

source isotropic

lossless Pin

G

U

但是天線實際所幅射出來的功率並不會等於總輸入功率，除了前面所說的輸 入阻抗 mismatch 的問題之外，另外還有天線傳導率與介質的問題，這些問

CHAPTER 1 INTRODUCTION

題都是會直接影響天線所幅射出來的功率，因此若是將這些問題全部考慮，

那麼則可另外定義出天線效率e_t，其表示式為：

d c r

t

e e e

e

其中：

e

e

e

e

所以實際全部輻射的功率與全部輸入的功率其關係式可以表示為：

P_rad e_t P_in

( , ) ( , ) 4

) ,

(

rad t

g eD

P e U

G

而一般定義天線增益是指最大輻射強度的地方，由此可知我們可以將天線增 益定義為：

0 max

max

0 G ( , )| e D | e D

G _{g t g t}

1.3.4 路徑損失（Path Loss）

當天線在做量測時，會使用一個 Horn Antenna 或稱標準天線作為待測 天線的標準如圖 1.12 所示，假設標準天線的Gain G₁、Directivity D₁、

efficiency 1

Antenna ，總輸入功率為P_T乘上接收端待測天線最大有效接收

面積A_e , Gain G₂ , Directivity D₂ , Antenna efficiency ₂，以及總接收功 率P_r，所以接收功率的表示式為：

CHAPTER 1 INTRODUCTION

圖 1.12 兩天線相隔距離為 R 之測試圖

e T

r A

R P D

P ^{1 1}₂

4

又 4

2

D0

A_e

所以可改寫為：

4 4

2 2 2

1 G

R P G

P_{r T}

2 2 2

1 G (4 R)

G P_T

其中 2

2

) 4

( R

Ｔransmitter Receiver Direction of

propagation

R PT

G D

1 1 1

Pr

G D

2 2 2

＃1 ^Ae #2

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.3.5 駐波比（standing wave）

當電磁波在傳輸電線中進行時，若遇阻礙，即產生反射，而產生反射的 原因有可能因為連接器(connector)品質不良，造成接觸不佳，或因傳輸線 與天線之間，輸電線與發射機之間，因阻抗不匹配而引起的反射．通常反射 率為一種功率耗損，可能會產生非預期的副作用，因此在正常運作的系統 中，並不期望反射產生，且盡可能的避免反射，沿線上的反射波隻間互相影 響產生電壓駐波(voltage standing wave)及電流駐波(current standing wave)，在線上任一點之最大電壓駐波與最小電壓駐波之比，恆為定值，該 值稱為電壓駐波比（voltage standing wave radio，VSWR）[3]，其表示是 如下:

VSWR VL_max /VL_min

若信號源阻抗(source impedance)與負載阻抗(load impedance)為能與傳輸 縣的特性阻抗相匹配，則線上將無駐波產生，其 VSWR 值為 1．

1. 4 天線近遠場測試

目前運用於天線輻射(遠場)場型量測的方法有數種，其中以直接遠場測 試法最為普遍，但卻存有以下兩大缺點：（1）採用室內環境進行量測易受場 地空間大小的限制，（2）若在戶外進行量測則易受天氣、週遭環境和外在信 號等因素的干擾。因此近幾年近場測試技術逐漸受到重視。

一般近場與遠場的定義我們可以由圖 1.13 所示

在天線量測的部份上一般可以區分為三個區域，以待測天線所量測的頻率為 例，0~λ的區域一般稱之為 reactive near field，此區由於兩天線的距離 非常短，常會使得天線本身的電感與電容效應的影響而造成量測上的錯誤，

第二區為λ~ 2D*D/λ稱之為 radiating near field 也稱為近場，另外第 三區為大於 2D*D/λ以上稱之為遠場，Ｄ為天線輻射孔徑的大小。

CHAPTER 1 INTRODUCTION

圖 1.13 天線測試近遠場分佈圖

近場測試的場地為一電波暗室（Anechoic Chamber），係以金屬製成 之牆面用以隔離外在信號的干擾，在暗室內則以電磁吸波材料黏貼於牆上用 以降低室內的反射能量，模擬一理想的自由空間。因此，量測環境可被穩定 的控制而不易受到氣候與外在因素的影響。同時，量測時所需的空間範圍 小，因此不會受限於電波暗室的大小。進行量測時，待測天線（Antenna Under Test, AUT）所輻射出的電磁波參數（如振幅與相位）在近場空間中的分布 會被一接收掃描探頭（Scanning Probe）所偵測，掃描方式可為平面、柱面 或球面。

本系統則是採用平面式掃描，這些射頻(或微波)信號將會以電的形式經由一 同軸傳輸線（Coaxial Cable）傳送至向量網路分析儀（Vector Network Analyzer, VNA）。這些數據在後端進行探頭輻射場型校正與傅利葉數值轉換 等處理後，即可得到所需的待測天線輻射（遠場）場型。然而，在一般的近 場測試系統中，接收部分主要是由掃描探頭與同軸傳輸線所組成，掃描探頭 與同軸傳輸線的材質大多為金屬，掃描探頭為一號角天線（Horn Antenna）

或為一開路波導管（Open-ended Waveguide），其體積結構相當龐大。換言 之，近場測試系統的接收部分具有大量的金屬存在，當大尺寸的金屬接收部 分靠近待測天線時，掃描探頭與待測天線間的電磁場多重路徑耦合

（Multi-path Coupling）效應增加，進而干擾待測天線的原始場型，也容 易造成量測結果的不準確。

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

第二章 測試隔離系統之建構

2.1 隔離室之介紹

就隔離室 Chamber 而言，隔離室之要求一方面是對外來電子電機干擾 加以屏蔽，以保證室內電磁雜訊環境滿足須求，另一方面是對內如天線等 發射源進行屏蔽而不對外界造成干擾。

許多高頻測試項目必須在隔離室內進行，隔離室多為一六面體，其建 材形式為鍍鋅鋼板式、銅網式、多層複板式等等。影響隔離室性能之主要 原因有︰

屏蔽門：屏蔽門與 Chamber 主體會有密合度的問題，一但有縫隙的發生，

會導致天線測試的不準確，通常都使用 Knife-edge 或者 Regular fingerstock 等元件來降低影響．

屏蔽材料：一般 Chamber 的內部都會貼許上吸波材料(absorber)，來減少 電磁波能量的反射．

電源濾波器：由於電源線接 AC 110V 的市電，因此在電源線上會有許多雜 訊的發生，故一般都會在電源線上加入電源濾波器，來降低 干擾．

儀器安裝：一般儀器都是金屬外殼包覆，所以所有儀器設備都因當放至於 Chamber 系統外面．

焊接接縫、接地等都是會直接影響 Chamber 量測的準確性。

2.2 共振原理概述

於隔離室進行電磁性測試時，須注意隔離室之共振及反射。根據電磁 理論，隔離室是一個很大之方形波導共振腔，具有一系列之電磁共振頻 率，當隔離室發生共振時，將會影響屏蔽效益及測試結果，如圖 2.1 所示 為一個共振腔

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

圖 2.1 共振腔波速分解圖

其 Ez 可以表示為：

d y p

b x n

a Amnp m

Ez sin sin cos

2 2

2

2 2

2

) ( ) ( )

( d

p b

n a

m

Kz Ky

Kx Kmnp

Kmnp K fmnp 2

2 2

2 ( ) ( )

) ( 2

1

d p b

n a

fmnp m (m, min=1 n,min=1 p,min=0)

其 Hz 可以表示為：

PEC PEC

PEC

x PEC y

z

Kmnp

Kx Ky

Kz

b a με

d

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

d y p

b x n

a Amnp m

Hz

cos cos sin

(m,n 不全為 0 , P,min=1) 隔離室基本共振頻率公式為：

( ) 150 ( )² ( )² ( )² d

p b

n a

MHz m f

式中ｆ為共振頻率(MHz)，a，b，d 為隔離室之長、寬、高度(公尺)；m，n，

p 為０及正整數，三者中最多只能一個為零，對於 TE 波 m 不能為零，舉 例來說，商規長、寬、高 9*6*6 立方公尺之隔離室基本 TE101 波之共振頻 率約為 30MHz。由式(1)可見，隔離室有許多個共振頻率，當隔離室共振 時，其屏蔽效益大幅下降，並且會造成很大之測試誤差，因此在進行測試 時應避免這些共振頻率。天線等發射源將會在隔離室壁面上產生多重反 射，從而影響測試結果，往往誤差大到 30～40dB，為此在條件許可之各種 狀況下，在體積較大之隔離室內進行測試，同時使待測件在保證入射為平 面波之前提下，縮短待測件與接收天線之距離，對於最近之反射路徑，針 對反射點局部加貼吸波材料，可以減少反射波。

2.3 電波暗室

全電波暗室[4]指於隔離室中為避免壁內多重反射干擾，而影響測試結 果，因此於各壁面上，加置吸波材料。若接地地板上不貼吸波材料者稱為 半電波暗室，模擬室外開放場地之測試。吸波材料一般採用介質損耗型(如 聚氨脂類之泡沫塑料，亞鐵磁磚等)，為了確保其耐燃燒特性需在碳酸溶液 中滲透。吸波材料通常作成圓錐狀、稜角錐狀及方楔形狀，以保持連續漸 變之焦耳阻抗。而為了保證內部測試場之均勻，吸波體之長度相對於隔離 室工作頻率下限，所對應之波長要足夠長(1/4 波長效果較好)，吸波體之體 積也會限制吸波材料之有效工作頻率(一般在 30MHz 以上)減小了隔離室 之有效空間，電波暗室之屏蔽效益要求與隔離室相同。

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

而當電磁波射入不同的介質時，可能會造成反射、穿透、或是在介質 區內共振，當介質區內的介電常數為(ε)且導磁係數為(μ)時，由於με均 為複數型，所以可以表示為：

"

"

' '

j j

實數的部份( ^'. ^')的物理意義分別為導磁係數與介電常數，而虛數的部份 )

"

".

( 的物理意義為吸收程度的大小，金屬材料表面可將電磁波完全反 射，沒有穿透，其他的介值可能將電磁波部，分反射部分穿透在電磁波吸 收體後緊貼有一金屬板，當入射的電磁波穿透電磁波吸收體後碰到金屬板 反射回來，藉著控制吸收體內材料的電磁特性，讓電磁波有適當的振福與 向位，在吸收體內形成多重的反射，進而將電磁波能量消耗。

對電波暗室內部測試場強之均勻度，則要求執行 16 點場強之均勻度 校正試驗，此試驗之測試方法詳加說明如圖 2.1 ，發射天線與待測場強之 均勻面(1.5m×1.5m)相距 3 公尺，16 點均勻面正方形(4 點×4 點，點距 0.5m) 場強之均勻度，至少要求其中 12 點 (75%) 要符合規格需求。而接地地板 可為鋼板或其他低阻金屬結構。在不同頻率範圍內將隔離室屏蔽效益分為 磁場屏蔽(低阻抗場)，電場屏蔽(高阻抗場)平面波電磁場屏蔽和微波屏蔽。

圖 2.2 標準全電波暗室規格圖

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

2.4 本隔離系統之介紹

2.4.1 本 Chamber 之架構圖

圖 2.3 本 Chamber 系統架構圖

2.4.2 Chamber 基本儀器設備

本系統之測試環境為一個全電波暗室，適用於小型實驗用之 Chamber

，其中所使用到的儀器設備包括：向量網路分析儀一台，電源供應器一 台，天線旋轉測試器一座，電腦一部，Chamber 一座，GPIB 卡一塊，

以及轉接電路板，吸波材料，喇叭天線等，如圖 2.2 所示，其詳細規格 如下:

1.向量網路分析儀：HEWLETT-PACKARD 8719D Network Analyzer 工作頻率範圍為 50MHZ~13.5GHZ.

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

2.電源供應器一台： 電壓範圍 0~30v

3.GPIB 卡一塊：NATIONAL-INSTRUMENTS PCI-GPIB PC 4.電腦一部：Intel 個人電腦 1.2GHZ

5.旋轉測試平台：自製解析度為 1 度測試旋轉平台

6.轉接電路板：自製並列埠轉 8255 IC 控制電路，與 8255 IC 輸出至步 進馬達之驅動電路

7.Chamber 一座：176 * 72.5 * 77 大小的空間 8.喇叭天線：1 ~ 18GHZ

9.吸波材料一組

2.4.3 Chamber 尺寸規格

本 Chamber 系統所採用的為 1.36 公尺為測試距離的一個小型實驗室 天線量測的系統，其尺寸為長:156 公分，寬：72.5 公分，高：77 公分，

的一個長方體大小，而且喇叭天線的尺寸至左側內壁到喇叭天線的末端共 15 公分，而右端內壁至旋轉平台圓盤的中心也為 15 公分，所以從喇叭天 線所發射出來的電磁波，到旋轉平台上的待測天線距離共 136 公分，另外 整個測試的高度我們也是設計在中心的位置，也就是說從 Chamber 的底部 到測試平台圓盤上的高度為 38.5 公分，這可以使電波由頂部反射或由底 部反射的路徑相同，如圖 2.3 所示為實際 Chamber 大小的尺寸圖

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

圖 2.4 實際 Chamber 的尺寸

因此本實驗室 Chamber 的共振頻率為：

TM110： ^{2 2} )²

77 . 0 ( 0 725) . 0 ( 1 56) . 1 ( 1 150 ) (MHz f

f 228.148MHz

TE101： ^{2 2} )²

77 . 0 ( 1 725) . 0 ( 0 56) . 1 ( 1 150 ) (MHz f

f 217.24MHz

TE011： ^{2 2} )²

77 . 0 ( 1 725) . 0 ( 1 56) . 1 ( 0 150 ) (MHz f

f 284.174MHz

所以在天線量測時應該儘量必免量測此頻率，以免造成量測上的誤差。由 於考慮到共振頻率都屬於低頻 200MHz 附近，所以為了怕本 Chamber 低頻 時所量測天線誤差範圍過大，因此本 Chamber 外部不採取有 Shading 的

CHAPTER 2 CHAMBER STRUCTURE

金屬網結構。

在近遠場的頻率量測範圍的界定，由於本 Chamber 由 Horn Antenna 的 發射邊緣開始，至旋轉測試平台的中心算起，共距離 1.36m，Horn Antenna 發射端的口徑長為 0.244m，套入以下的公式得知:

m D

087 . 0

36 . 1

) 244 . 0 ( 2 36 2 . 1

2 2

本 Chamber 可量測遠場測試的最小頻率為：

GHz

m s

f m

3 . 448

087 . 0

10 min 3

8

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

第三章 硬體設計與應用

3.1 系統硬體簡介

3.1.1 硬體組成部份

在本系統中，硬體部份可以說是整體的核心而且範圍也比較廣泛，其中 內部更是牽涉到有關機構的規劃設計與軸孔的定位，每個環節都不可以馬 虎，否則整個測試旋轉平台，就會無法順利的轉動，至於硬體部份到底包含 了哪些呢？除了利用電腦的並列埠做控制訊號輸出，還有我們最終是希望用 8255 IC 做步進馬達的脈波激磁輸出，所以在並列埠與 8255 IC 之間需要有 一個轉換電路，而且 8255 IC 整體的工作原理也是必須非常熟悉的，最後 就是 8255 IC 輸出後因為電壓與電流驅動的能力不足，無法直接對步進馬 達做控制，所以在 8255 IC 的輸出埠與步進馬達之間還需要一個驅動電路，

如此才能夠構成本系統所有硬體的控制．而有關硬體的部份可以由圖 3.1 清楚的看出所組成的部份，接下來在本章中也會將各個部份做詳細的解釋．

圖 3.1 硬體組成部分示意圖

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

3.2 電腦介面通訊

3.2.1 電腦通訊介面概述

在 XT，AT 電腦時代，為了與串列埠或並列埠作傳輸通訊，我們必須 另外安裝一片多功能 I/O 卡，然後才能夠進行連接，而現今新型的電腦早 以將所有的通訊埠包含( COM1,COM2,LPT1,LPT2,PS2,USB)…等全部都整合 在主機板上，在使用上大大的提高效率與便利性，如下圖 3.2 是目前最常 見的主機板介面，其中我們可以清楚的看到 2 個 9 PIN 的 COM1，COM２埠 以及 1 個 25 PIN 的 LPT1 (Parallel Printer Port) 埠，本章節將更詳細的敘 述有關 DIP25 Parallel Printer Port 的特性,接腳信號,名稱以及本系統為何 要使用 LPTParallel Printer Port 作為硬體通訊的連接埠.

圖 3.2 主機板介面圖

3.3 並列埠硬體

3.3.1 並列埠的特性 3.3.1.1 認識並列埠 I/O 位址

假如我們要對 LPT 埠做任何設定時,首先我們必須先讀出電腦系統規 劃給並列埠的位址，而一般說來現今電腦的並列埠大部份都是兩個，電腦 系統通常會將 378h – 37Fh 規劃給第一個並列埠， 278h – 27Fh 的位置規劃 給第二個並列埠，那要如何得知電腦所規劃給 LPT 埠的位址呢？

1. 在 windows 視窗下 桌面→我的電腦,按右鍵選取 內容→裝置管理員

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

2. 接著在連接埠上(COM & LPT)連按兩下,會看見 ECP 印表機連接埠印表機 連接埠 (LPT1),這就是我們要的並列埠,點選並按右鍵選內容(R)

3. 之後再點選資源,這時我們便可以看到印表機的連接埠(LPT1)系統給 它的位置輸入/輸出範圍是 0378h–037Fh,這就是通訊埠的位址了,另 外 0378h 就是所謂的基本位址,另外也會看到不一樣的位址 0778h - 077Fh,這是我們設定印表機埠採用 ECP MODE 時會多出的埠位址,其 作用是作為功能上的擴充,如圖 3.3 所示

圖 3.3 ECP-印表機連接埠(LPT1)位址圖

3.3.1.2 D-Type 25 接腳名稱及功能

所謂 D-Type 25 其實只是 Parallel Printer Port 的另一種稱呼，

因為其接頭形狀為 D-Type 而且共有 25 PIN 接腳而得其名，在 Total 25 PIN 中其信號劃分為 12 個數位輸出埠及 5 個數位輸入埠，詳細的功能介 紹如下:

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

8 個資料輸出埠 5 個狀態輸入埠 4 個控制輸出埠 8 接地埠

其中 D-Type 25 接頭腳位如圖 3.4 所示

圖 3.4 D-Type 25 信號接腳圖

在上述的信號接腳圖中我們可以很清楚的看出信號腳位的排列位置以 及編號，而 D0-D7 是指 8 個資料的輸出埠，C0-C3 為 4 個控制輸出埠,最後 的 S3-S7 則為 5 個狀態輸入埠，然而在表 2.1 中有對各個腳位的名稱,訊 號及功能有更進一步的定義與解釋，相信這會使我們更了解,對往後的信 號控制更得心應手．

接腳 信號名稱 輸入/輸出 功能描述

1 Data

strobe(N) In/Out 當電腦欲列印資料時,必須使本腳位訊號為 LOW 來告知資料以在資料線 D0- D7 上了 2 Data 0 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元 3 Data1 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元 4 Data 2 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元 5 Data 3 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元 6 Data 4 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元 7 Data 5 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

8 Data 6 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元 9 Data 7 Out 欲列印的資料位元,一般是 ASCII 字元

10 ACKNLG(N) In

該腳位為 LOW 時,表示輸入字元已經存入暫存 器或印表機已經接收完資料允許主機再送資 料

11 BUSY In 當該腳位為 HI 時,代表印表機暫時忙線不能 再處理其他資料

12 PE In 當 PE 為 HI 時,代表印表機沒紙

13 SELECT In

印表機已在連線的狀態,當此印表機未被選用 時,則此腳位會變成低準為,選用可由主機控 制 SELECT IN 訊號

14 AUTO FEED

XT(N) In/Out 當主機設定此腳為 LOW 時,每列印一行後,印 表機會自動執行換行的動作

15 ERROR(N) In

當印表機有發生錯誤要通知主機時也就是在 當:1.沒有紙,2.此印表機未被選用,.3.印表 機內部發生錯誤時,該腳為 LOW 來告知 16 INIT(N) In/Out 當主機設定為 LOW 時,印表機將會被作初始化

或重置的動作

17 SELECT IN(N) In/Out 主機將此訊號變為 LOW 時,表示選用此印表機 18 - 25 GND Gnd

表 3.1 D-Type 25 各腳位名稱及功能表

在上表中各個腳位的敘述顯的繁雜無序，其實並列埠接腳的功能是針 對印表機的介面，我們若要控制週邊系統的話是不用那麼複雜的，只需將 資料線及基本的控制線作輸入輸出的動作，就可以輕易的達到對週邊系統 的控制了.

3.3.1.3 D-Type 25 的暫存器

標準並列埠(Standard Parallel Port) 使用了三個八位元的暫存器，藉由這 三個暫存器我們可以用來做一些 I/O 讀寫的動作,之前談論過了用哪些並列 埠的接腳特性去做資料存取的動作,接下來都可以透過以下我們所要介紹的 三個暫存器來完成,至於三個暫存器的內容共有 12 個數位輸出位元，及 5 個

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION 數位輸入位元而基本位址對這三個暫存作讀寫的位址也就是前一節所介紹 的系統配置 LPT1 埠 378h 的位址了，下表 3.2， 3.3，及 3.4 則是說明此三 個暫存器的內容與位址．

(基本位址)

位元 D 型接頭腳號 信號名稱 輸入(I)/輸出(O) 硬體反向

0 2 DATA 0 I,O NO

1 3 DATA 1 I,O NO

2 4 DATA 2 I,O NO

3 5 DATA 3 I,O NO

4 6 DATA 4 I,O NO

5 7 DATA 5 I,O NO

6 8 DATA 6 I,O NO

7 9 DATA 7 I,O NO

PS1:資料線的輸出與輸入是由表 2.4 控制暫存器的第 5 位元來設定的 PS2:硬體的反向是指說當暫存器設為高準位時,則輸出訊號會反向為低準位

表 3.2 資料暫存器內容表

(基本位址 + 1)

位元 D 型接頭腳號 信號名稱 輸入(I)/輸出(O) 硬體反向

0 TIME OUT

1 無定義

2 無定義

3 15 ERROR(N) I NO

4 13 SELECT I NO

5 12 PE I NO

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

6 10 ACKNLG(N) I NO

7 11 BUSY I YES

表 3.3 狀態暫存器內容表

(基本位址 + 2)

位元 D 型接頭腳號 信號名稱 輸入(I)/輸出(O) 硬體反向

0 1 DATA

STROBE(N)

O YES

1 14 AUTO FEED XT(N)

O YES

2 16 INIT(N) O NO

3 17 SELECT IN(N) O YES

4 中斷置能

5 輸入輸出方向

控制

6 無定義

7 無定義

PS1:第 5 位元設定為 0 代表資料暫存器八個位元是作為輸出,設為 1 為輸入

表 3.4 控制暫存器內容表

3.4 8255 之整合

3.4.1 8255 的特性:

3.4.1.1 8255 簡介接腳及功能

在本系統的硬體部分是利用 LabView 程式對並列埠作控制，然後再由 並列埠連接 8255 控制電路,這章節將詳細介紹有關 8255 的部份，控制電路 的組成,以及如何與並列埠作連接控制．

8255 是美國 Intel 公司設計 40 隻腳位的多功能介面元件，目前較常見

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION 的有三種形式：8255A,8255A-5 及 82C55A，這三種形式中，以 82C55 的 工作頻率最高，高達 8MHZ ；8255A-5 的工作頻率為 5MHZ，而 8255A 的 工作頻率最低，除了工作頻率不同外，三者功能完全相同，而本系統則是 選用工作頻率最高的 82C55A[5]，下圖 3.5 則是 8255 IC 的接腳圖，各腳的 功能介紹如表 3.5.所示

圖 3.5 8255 IC 接腳圖

接腳號碼 接腳符號 名稱及功能 備 註

1,2,3,4,

37,38,39,40 PA7 ~ PA0 埠 A 之輸入/輸出腳 18,19,20,21

22,23,24,25 PB7 ~ PB0 埠 B 之輸入/輸出腳 10,11,12,13

14,15,16,17 PC7 ~ PC0 埠 C 之輸入/輸出腳

輸入輸出 腳

26 VCC 接到系統+5 伏特電源

7 GND 接到系統地線

電源接腳

D7 ~ D0 :雙向資料匯流排 Reset :系統重置控制線

CS :晶片選擇線

RD :讀取控制線

WR :寫入控制線 A0 ~ A1 :埠選擇線 PA7 ~ PA0 :埠 A 的接腳 PB7 ~ PB0 :埠 B 的接腳 PC7 ~ PC0 :埠 C 的接腳 VCC :+5 伏工作電壓 GND :接地

CHAPTER 3 HORDWARE DESIGN AND APPLICATION

35 Reset

連接到微處理機 Reset 線,當 Reset 腳成高電位時,8255A 之內部暫存器均 設成“0＂,且輸出/輸入腳及資料匯 流排均呈高阻抗狀態.

27,28,29,30 31,32,33,34

D7 ~ D0 (Data Bus)

8255A 之 資 料 匯 流 排 為 雙 向 , 三 態 (tri-state)之匯流排,通常接於系統 微算機之資料線

6 CS

8255A 之此腳為“0＂,即可藉資料匯 流排傳輸資料於(CPU)及 8255A 之間, 若為“1＂則資料匯流排呈高阻抗 8,9 A0 ~ A1 選用 8255A 之三埠及其內部暫存器

5 RD

此接腳為“0＂則 CPU 即可從 8255A 中讀取資料

36

WR

此接腳為“0＂則 CPU 即可將資料寫入 8255A 之暫存器

表 3.5 8255 接腳功能定義

3.4.1.2 8255 工作模式

利用 8255 做為輸入及輸出的介面，一般通常規劃成 MODE0，在此種 模式下所提供的 A，B，C 三埠均具備有簡單的輸出，與輸入的功能,Ａ埠 有八位元，Ｂ埠有八位元，Ｃ埠有高四位元和低四位元，均由程式命令規 劃為輸入或輸出埠，在 INTEL 8255(Program Periperal Interface,簡稱ＰＰＩ) 即可規劃以下兩種模式，一.基本Ｉ/Ｏ雙向模式，二.交握式（Handshaking）

控制的輸入埠或輸出埠；所謂的（Handshaking），即是資料傳送的雙方藉 某一種介面來傳輸訊息，並據以判斷介面是否仍存有資料，來進行傳送或 接收的工作，另外在資料匯流排緩衝器的部份：三態雙向 8 位元用來傳輸 資料，為 CPU 和 8255 間的介面，當 CPU 執行’讀取’或’寫入’時,都經由此 資料匯流排緩衝器傳送或接收資料碼,控制命令碼等．

在 8255A 的操作命令中共有三種基本的操作模式,分別詳述如下:

(1) Mode 0 ---- 基本輸入/輸出模式

此模式僅單純的規劃 A，B，C 埠為輸入或輸出的用途．