20xx电子设计大赛报告简易频率特性测试仪

20xx电子设计大赛报告简易频率特性测试仪内容摘要：

)(t 脉冲，虽然脉冲信号足够窄的信号可以代替 )(t ，但是比较难以获得。 而且此测试方法对软件的计算能力要求比较高，必须采用微机系统，故不采用。 2）方案二：直接利用已有信号源系统，比较输入输出 首先设计一个扫描信号源，输 出频率可步进的正弦信号，作为被测网络的输入信号 Vi，网络的输出信号为 Vo，信号源输出的频率按步进值递增，在各个频率点上，通过对幅度有效值的测量和 A/D 就可以得到 Vo 和 Vi 的有效值，两者之比就是该点的频率响应；对 Vo和 Vi 进行过零比较、整形，再进行相位差的测量。 Vi 的上升沿启动计数， Vo 的上升沿停止计数，得到的时间值比上信号的周期，就是该点的相位响应。 方案说明： 该方案可利用 ARM 工具，减少了硬件电路，并且频率可调的信号易于得到，可实现性明显比方案一高。 所以，综合比较，最终选择方案一。 计算 系统原理 系统原理框图 本系统框图如图 3 所示。 用 FPGA 控制 DDS 产生两路扫频信号 cos ct 和sinct ，与被测网络经过乘法器后幅度改变为 ()A ,相位改变为 ()t。 经过低通滤波器和 ADC转换器，经 ARM 处理。 7 幅频特性产生原理 DDS 产生的两路正交信号，其中 I 路 cos cAt 与被测网络经过乘法器得 再分别和两路正交信号相乘得： I： 0 ( ) c o s ( ) c o s [ ( )]ccA A t t     Q： 0 ( ) s in ( ) c o s [ ( )]ccA A t t     根据积化和差公式计算得： I：01 ( ) {c o s[ 2 ( ) ] c o s[ ( ) ] }2 c t tA A t      Q：01 ( ) { si n[ 2 ( ) ] si n[ ( ) ] }2 c t tA A t      经过低通滤波后得： I: 01 ( ) cos[ ( )]2 tAA    Q：01 ( ) sin[ ( )]2 tAA    经过 ADC 转换进入 ARM 进行计算： 2 2 2 2 2 2 2 2 00011( ) c o s [ ( ) ] ( ) s i n [ ( ) ] ( )4 4 2tt AI Q A A A A A          从而得到了幅频特性 ()A。     cos cAt   8 相频特性产生原理 001 ( ) s in [ ( ) ]2 ta n [ ( ) ]1( ) c o s [ ( ) ]2tttAAQI AA       根据 Q， I的正负号判断所在象限，取反三角函数得到 ()t，从而得到相频特性。 DDS 原理 基本概念 DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)直接数字频率合成器 ,也可叫DDFS。 DDS 是从相位的概念直接合成所需波形的一种频率合成技术。 不仅可以产生不同频率的正弦波 ,而且可以控制波形的初始相位。 DDS 原理框图 （如图 4） 图 4 主要构成： 内部：相位累加器，正弦查找表 外围： DAC， LPF(低通滤波器 ) 工作过程 1, 将存于 ROM 中的数字波形，经 DAC，形成模拟量波形。 2, 改变寻址的步长来改变输出信号的频率。 步长即为对数字波形查表的相位增量。 由累加器对相位增量进行累加 ,累加器的值作为查表地址。 3, DAC 输出的阶梯形波形 ,经低通滤波，成为模拟波形。 频率控制 DDS 方程： 2 cout NMff Hz outf 输出频率， cf 采样时钟， N 相位累加器位宽， M频率控制字。 9 波形存储 正弦信号相位与幅度的对应关系（如图 5） 图 5 可以将正弦波波形看作一个矢量沿相位圆转动，相位圆对应正弦波一个周期的波形。 波形中的每个采样点对应相位圆上的 一个相位点。 相位累加器的值作为 ROM的地址，读取 ROM 的相位幅度，实现相位到幅度的转换。 实现过程 滤波器的设计 滤波器方案选择 1） 方案一： LC 低通滤波器 10 LC 滤波器是传统的谐波补偿装置，一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要； 它是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用。