【毕业学位论文】(Word原稿)频率特性测量仪-控制理论与控制工程

73 频率特性测量仪 摘 要 该频率特性测量仪采用 89小系统为控制核心，主要由正弦波发生器、数据采集存储、处理、显示、打印等功能模块组成。通过键盘控制来实现幅频特性和相频特性的测量，包括参数预置、点测结果的显示与打印，以及用普通示波器单独或同时显示幅频特性曲线和相频特性曲线。 本系统采用可编程器件（ 术实现信号发生电路，频率值与步长均能灵活准确地预置。被测网络采用有源带通双 心频率及带宽均达到要求： 50Q 。 另外，我们 还制作了线性稳压电源，扩展了幅频特性曲线和相频特性曲线的打印功能。设计中，较好地应用 了 件设计模块化，总体较好地完成了基本部分和发挥部分的要求。 关键词： 源滤波，鉴相，数据采集 74 一总体方案论证 总体设计思想 本频率特性测试仪的设计思想为： 1、尽量做到测试准确，自动化、智能化程度高，操作方便。 2、尽量采用大规模集成电路如可编程逻辑器件等，使系统简洁、调试修改方便，可靠性高。 3、尽量采用现代化设计工具和 件 平台，使设计快捷，先进。 总体设计方案 基于以上设计思想，本系统采用单片机和可编程器件（ 为控制及数据处理的核心，将设计任务分解为正弦信号发生器、被测网络、数据采集与存储、幅频特性测量、相频特性测量、结果显示、打印等功能模块。图 1给出该系统的总体框图。 图 1 系统总框图 75 如上图所示正弦波发生器采用 接数字频率合成技术，其逻辑控制部分用可编程器件 度测量采用峰值检波技术，相位测量则利用数字鉴相器实现。检波电路和鉴相电路输出分别经 A/9进存储在 ，再经分析处理后输出到显示电路、波形显示控制电路或控制打印输出电路，以实现频率特性参数和频率特性曲线的显示或打印。 由于使用了 89片机和器件，使系统具有很大的灵活性，便于实现各种复杂控制，从而能方便地对系统进行功能扩展和性能改进。 二频率特性测试仪信号源的设计与制作 （一）、信号源方案选择 产生该系统所需测试信号源的方法有多种： 1采用锁相环 (可预置分频器实现测试信号的产生 ,其实现框图如图所示。 图 2 锁相环实现信号发生方框图 现有集成 不是正弦波，而且在不 76 改变 容的情况下，要达到 100100频率范围有很大困难，所以我们不予采用。 2利用单片集成波形发生器芯片实现测试信号产生 当前常用的单片集成波形发生器有 538、 ，这类集成芯片产生波形的原理是基于多谐振荡器，即恒流源向一定时电容充放电而产生的三角波，然后经过波形变换电路得到正弦波。只要控制电容充放电电流即可改变振荡频率。其框图如图 所示。 图 单片集成函数发生器组成的频率合成电路 这种方案是改变电容充放电电流来达到改变频率的目的，精度不高，做到 10以我们也不予采用。 3采用专用频率合成器件，如：、和等。 4利用单片机和可编程器件实现直接数字频率合成 (采用这种纯数字化的方法，产生信号的频率准确，频率分辨率高，故本设计中我们采用这种方案。 (二 )、直接数字频率合成器（ 设计： 1、设计原理 本设计利用 术实现正弦信号 控制电路 单片函数发生器 输出 77 发生器的原理框图如图所示。 图 本设计 其基本工作原理为：将待产生的正弦波数据存入波形存储器中，变相位增量寄存器 (常数 (即步长 )，相位累加器的输出将依据 出的步长来改变波形存储器的地址，从而改变正弦波每周期的点数，以达到改变输出波形频率的目的。从波形存储器读出的数据送 D/A 转换器，并经低通滤波器 (滤除波形中的小台阶 )，最后得到所需的 正弦波信号。 信号发生器输出波形的频率0： 20 （ 2 1） 式中： 振频率 k 可预置分频器的分频比 N 相位累加器位数 78 M 相位增量寄存器常数值 (即相位累加器的步长 ) 由式（ ）可见，我们可以通过改变分频比 k 及相位累加器步长 设计中取频比 k =50,相位累加位数 N =16,则公式 (2 )简化为： 3 61076 (2 ) 这样只要控制 M 的值就可以准确地实现频率步进的要求。这里， D/K H （ 2 3） 根据频率计算公式 (2 )， 晶振频率） 分频比 k 相位增量 常数 相位累加 器位数 输出信号频率值0f( 0 10 16 100 0 11 16 110 0 500 16 5000 0 10k 16 100k 2可编程器件电路内部设计 本模块设计中除 振， D/A 及低通以外的全部电路 (如图 2 3 中虚线内所示 )，由一片 司的可编程器件 一种高密度，高性能的 有 128个 宏单元， 68个 I/持在系统编程 ( 其设计仿真工具软件 持原理图和硬 79 件描述语言 (设计输入方式，使用十分方便。 图 其中 1为相位增量寄存器，相位增量由 8255制字由8255的 存器接收低字节；为高时，寄存器接收高字节。锁存脉冲由 位累加器； 74273 0分频器，设计时采取 ) 80 .:50 101 结束语 经过 4 天的艰苦努力，我们基本完成了竞赛题目的设计和制作，检验了平时学习的成果，不但实践能力增强许多而且在理论上也有了更深的认识，同时也提高了我们的团结协作能力。这是