简易网络导纳分析仪

简易网络导纳分析仪摘要本简易网络导纳分析仪以凌阳单片机SPCE061A为控制和数据处理核心，由正弦信号发生模块、功率放大模块、导纳模测量模块、导纳角测量模块、网络负载以及人机接口模块组成。采用数字控制DDS芯片AD9851产生100HZ10KHZ正弦信号，经滤波、电压放大和功率放大后驱动网络负载。从网络负载中取测量信号输入到以真有效值转换集成芯片AD637为核心的电压和电流测量电路构成的导纳模测量模块中进行负载测量。导纳角测量模块是从导纳模测量模块中取一组信号经过零比较后使用鉴相器和计数器对信号相位差测量。把上述的测量结果经单片机处理后用液晶显示。为了提高测量精度，将各部分电路的误差合理分配，使电路达到最佳测量效果。关键字导纳，导纳角，DDS，AD637，网络导纳分析仪本题要求G16786计一G1022输G1998电G19471G4579G11221，输G1998电压G4804G4804值为1V，G20069率为100HZG79410KHZ的正弦信号发生器和一G1022一G12483口网络0N,G5194G1000G3324G8504G3534G11796上测量G17837G1022网络的电导、电纳、电导模和导纳角的导纳分析仪。一方案论证与比较11正弦信号产生部分G7053G7708一使用集成G2001数发生器芯片集成G2001数芯片有ICL8038G12573。ICL8038G14033输G1998G7053波、G989角波、正弦波和G19203G21843波G3247G12193G993G2528的波G5430，将G4439G1328为正弦信号发生器。G4439是电压控制G20069率的集成芯片，G3845真度G5468G1314。G2499输入G993G2528的G3818部电压G7481G4466G10628G993G2528的G20069率输G1998。G1306是发G6393部分要求正弦波以100HZ为G8505进G3698G2164，G6164以用ICL8038G993G7053G1427控制。G7053G7708G1120采用G19157相G5347G20069率合成G708PLLG709G19157相G5347G20069率合成是将一G1022高G12295G4462度和高精度的G7643G1946G20069率经过G2164G1955G1068G19512的G17828G12651产生G2528G7691G12295G4462度和精G11842度的大量G12175G6967G20069率的G6228G7427，G4439G3324一G4462G12255度上G16311G1927了G7094要G20069率G12295G4462精G11842，G2460要G20069率G3324较大G14551G3272G1881G2499G2476的G11695G11474，G1306G20069率G2475VCOG2499G2476G20069率G14551G3272G5445G2721，高G1314G20069率比G993G2499G14033G1328G5483G5468高，G19555G11540G20069率G12295G4462度的提高，PLL的G19157G4462G7114G19400G17246G7481G17246G7481G17246G19283。G7053G7708G989G11464接数字G20069率合成G708DDSG709G11464接数字G20069率合成G6228G7427是G7693据相位G19400G19560对正弦信号进行取G7691、量G2282、G13546G11733，G9994后G1660G4396G3324EPROM中构成一G1022正弦G7609G16822G15932。G20069率合成G7114，相位G13059G2164器G3324G2454G13783G7114G19059的G1328用G991对G7114G19059G14045G1926进行计数，G2528G7114将G13059G2164器输G1998的G13059G2164相位G994G20069率控制字KG20056G13634的相位G3698量相G2164，以相G2164后的G2525果G5430成正弦G7609G16822G15932的G3332G3348G727取G1998G15932中G994G16825相位对G5224的单G1815中的G5145度量G2282正弦G2001数值，经DG715A转换器输G1998模G6323信号，G1889经G1314G17902滤波器G5191G9381G5483到G12538合要求的模G6323信号。相位G13059G2164器的最大计数G19283度G994正弦G7609G16822G15932中G6164G4396G1660的相位分G19560G9869数相G2528，由G1122相位G13059G2164器的相位G3698量G993G2528，将导G14280一周期G1881的取G7691G9869数G993G2528，G3324取G7691G20069率由G2454G13783G7114G19059G20069率G1927G4462G993G2476的情况G991，输G1998信号的G20069率也相G5224G2476G2282。如果G16786G4462G13059G2164器的初始相位，则G2499以对输G1998信号进行相位控制。目前有许多G2499用G1328信号发生器的专用DDS集成芯片，如ADI公司推G1998的AD9851，其G3534本结构原理图如图11。A111DDSA2A0A3A4A1综合比较以上G7053G7708，结合信号发生器产生的G20069率G12295G4462度和精G11842度要求，我们选择DDSG11464接数字G20069率合成。一G7053面，DDS较信号发生器更容易精G11842控制G727另一G7053面，DDS较G19157相G5347G20069率合成G3818G16786少，更容易G4466G10628。12测量和数据处理部分G7053G7708一G3534G1122G20069域分析的连续傅立叶G2476换G7693据连续傅立叶G2476换公G5347，G5483到复G20069域G1881的电导和电纳FJWCOSSINFTWTJWTDTCOSSINFTWTDTJFTWTDTREIMYJY如果采用G17837G1022G7053G7708还要制G1328一G102290的移相网络G5483到COSWT,G17902过模G6323G1068法器、模G6323G1314G17902滤波器和模G6323积分电路G5483到REY和IMY。G1306是由G1122正弦信产生器产生的相对带宽比较宽，对制G132890移相网络有G5468高的要求，调试也G5468烦琐，G6164以我们放弃次G7053G7708A6A7A5A8A10G3534G1122G20069域分析的G12175G6967傅立叶G2476换G7693据G12175G6967傅立叶G2476换公G5347，G5483到复G20069域的电导和电纳1022COSSINNNNMNMXMXNJNNPIPIG8504G7053G7708使用的硬件电路G5468少，G2499以由软件G4466G10628，G1306是G17837G7691对G13546G12255要求和单片机处理速度都有G5468高的要求，软件G4466G10628有难度。G7053G7708G989G11464接测量导纳模和导纳角测量流过一G12483口网络0N的电流和0N网络上的电压降，送单片机处理G708YI/UG709G5483到导纳模。捕捉一G12483口网络输G1998电压和电流的特性曲线，比较G4439们的相位差G2499以G5483到导纳角，从而G2499以G5483到电导GREY|Y|COSY,导纳BIMY|Y|SINY。G8504G7053G7708硬件电路G4466G10628相对容易软件工G1328量相比G7053G7708G1120G4579G5468多，综合各G1022因素我们选择了G7053G7708G989。二系统设计和单元电路的实现21总体结构框图本系统由凌阳单片机、信号发生器模块、导纳模测量模块、导纳角测量模块、网络负载和人机接口模块六G1022部分组成，其结构框图如图22。A922A11A12A13A14A15A922正弦信号发生器采用G11464接数字G20069率合成G6228G7427，使用ADI公司的集成DDS器件AD9851。AD9851是G3324AD9850的G3534G11796上，做了一些改进以后生成的具有新功G14033的DDS芯片。AD9851相对G1122AD9850的G1881部结构，只是多了一G10226倍G2454G13783G7114G19059倍G1068器，当系统G7114G19059为180MHZG7114，G3324G2454G13783G7114G19059输入G12483，只需输入30MHZ的G2454G13783G7114G19059即G2499。由G1122AD9851是贴片G5347的体积非常G4579，引脚排列比较密，焊接G7114必须G4579心，还要防静电击穿，焊接G993好就G5468容易把芯片给烧坏。还有G3324使用中数据线、电源G12573接反或接错都G5468容易损坏芯片。G6164以G3324AD9851G3818G3272采用了电源、输入、输G1998、数据线的保护电路。G8504信号源要求产生100HZG79410KHZ的正弦信号，使用AD9851G7114G993需要利用其中的6倍G20069就G2499以满足输G1998G20069率的要求。为了G993G2475G3818界干扰，添G2164了G993少的滤波电路，使整G1022电路显G5483更完美，见电路图23。A1623AD9851A17A18A16为G1955少高G20069分量对波G5430纯度的G5445G2721，G3698强信号发生器抗干扰G14033力，G3324AD9851输G1998级G16786计了G1120阶G1314G17902滤波，滤波器截G14279G20069率G16786G4462G332420KHZ，其电路原理图如图24。A1624A19A20A21A22A23A24A25由G1122AD9851滤波输G1998后的正弦信号G5145度值大G11221V、输G1998电G19471G5468大，我们G3324滤波器后一级制G1328了一G1022具有G14270G1042功G14033的G11014G1069G12879G2464电源G1126G15929对G12228功率放大电路，电路原理图见图25。A1625A26A27A28A29A30A31A32A33A34A35A36A37A38A39题目要求输G1998正弦信号的电G19471G4579G11221，由G6152G13512G4437G4462理G2499以G12573效计G12651正弦信号发生器的输G1998电G19471。E是G12573效信号源，R0G15932示信号源的G12573效G1881G19471，R1G15932示负载，UG15932示负载的电压。图25的G6152G13512G4437G12573效电路如图26。R1G7092G19492大G7114G1517，即负载G7041G5332G2499以测G5483信号源电压E，1|REUR1负载接入电路G7114，测G5483R1上的电压为U，即101EURRR由以上G1016G5347，G2499以计G12651G1998信号源的G1881G19471R0,即图26G12573效原理图101ERRRU23一端口网络负载设计G6365G10043发G6393部分制G1328一G12483口网络,其电导和电纳的G14551G3272G3324001MSG794100MS，G17837G18336我们G16786计了一G1022相位G17241前的一G12483口容性网络和一G1022相位G9394后的一G12483口G5875性网络。G7081G709对G1122容性网络，如图27，网络由一G10225的G3278G4462电G19471、一G1022G2499调G4462位器和一G1022电容组成。由G993G12573G5347001MSG100MS,G2499G5483图27相位G17241前网络10R100K，G6164以选择100K的G7092G5875G2499调电位器RJ。G2528G7691，电纳001MSB100MS,则G2499以G5483到511010SCS计G12651信号源G20069率分G2047为F100HZ,计G12651G1998159NFC159UFF300HZ,计G12651G199853NFC53UFF1KHZ,计G12651G1998159NFC159UFF3KHZ,计G12651G19980530NFC53UFF10KHZ,计G12651G19980159NFC159UFG6164以，G1872G20050G13783G15397电导和电纳的G2476换G14551G3272和信号源的G20069率G2476G2282G14551G3272，我们选择10UF的G3278G4462电容，调G14422G4462位器G2499以改G2476G993G2528G20069率G7114一G12483口网络的电导和电纳，G2499以达到要求。G7082G709对G1122G5875性网络，如图28，网络由一G1022G3278G4462电G5875和一G1022G2499调电容和一G1022G2499调电G19471组成。G2528G7081G709计G12651原理，511010SLSC对G1122相位G9394后网络，我们G17902过大量的计G12651和G4466G20576G20576G16789，G3324信号源的G20069率为100HZ，300HZ，1KHZ，3KHZ，图28相位G9394后网络10KHZG7114G2499以G11705G17959电G5875L取1UH2UHG5050G2503。24量程转换模块题目发G6393部分要求导纳分析仪电导和电纳的测量G14551G3272G6205G4649到001MSG794100MS，G3324G17837G1022G5468宽的测量G14551G3272G1881，需要分G14521干量G12255，以保G16789误差G13489对值G4579G1122理G16782计G12651的10G705。G6164以我们G3324电流取G7691G9869处G16786G4462了G3247G1022电G19471值分G2047为01、1、10、100的G7643G1946电G19471，当网络负载的电导和电纳G14865G3324100MSG79410MS、10MSG7941MS、1MSG79401MS、01MSG794MSG2318G19400G7114，G13783G15397到电G4388模G6323G5332G1863导G17902G7114电G19471较大，G1000导G17902的电G19471值G994G17902过的信号G20069率有G1863，因G8504我们用G13499电器控制G3247G1022G7643G1946电G19471的G3324G3250路中连G17902G10378G5589，G5483到流过网络负载的电流，G17837G7691就G2499以G3324整G1022测量G14551G3272G1881把测量误差G3355G2260分配。其电路原理图如图29。A1629A40A41A42A43A44A45A30A46A17A18A16由G1122正弦信号发生器的输G1998信号G4804G4804值G33241VG5050G2503，和网络负载G1030G13864的取G7691电G19471上的电压降G5468G4579，要对取G7691后的信号进行放大。G17828用G1016级放大，前G13634放大级使用AD620。AD620是一G12193G1314功G13803的仪用放大器，特G2047G17878合做G4579信号的前G13634放大级，经AD620放大后的G4579信号G3845真度G5468G4579，G2164一级AD620组成的前G13634放大，G2528G7691G2499以把系统误差控制G3324系统G16786计要求的G14551G3272G1881，前G13634放大电路如图210。后一级放大G2528G7691用单片机控制G13499电器G7481调整放大G3698G11422，如图29。A16210AD620A47A48A38A39A30A46A1625真有效值变换负载网络和取G7691电G19471上采集的是的G1144流电压信号，如果G11464接送单片机A/D进行处理，G1262G3698大系统误差。为把系统误差控制G3324题目要求的G14551G3272G1881，我们G3324G8611一G1022信号的输入和输G1998级都进行有效的处理。为G8504，为测量G1144流电G5191电压有效值的测量，采用RMSDCG2476换器集成芯片AD637。AD637是AD公司RMSDC产G2709中精度最高、带宽最宽的，对G11221VRMS的信号，G4439的3DB带宽为8MHZ,G5194G1000G2499以对输入信号的电G5191以DBG5430G5347G6363示，另G3818，AD637还具有电源G14270动G1863G7041功G14033，使G5483静G5589电流G12593MA降G1427945A，电路连接G2454G13783芯片G6175G1888如图7。G2499以测G1998G1231G5859波G5430G1144G2476信号的有效值，G4466G20576数据G15932G7138，G3324电源为正负5VG1391电情况G991，当输入信号的G20069率G993大G11222MHZG7114，其输入信号的电压有效值G332407VG7944VG14551G3272G1881G14033保G16789测量误差205MV。因G8504，我们G3324G8611G1022量G12255G5414一G2282的最大输G1998电压G5224G16786G4462为4VG708有效值G709。A49211A50A51A52A53A54A55A56A5726导纳角Y的测量取G7691而G5483到的G1016路G1144流正弦波信号，经过过零比较器G5483到G7053波。G1016路G7053波信号送入G19157相G10627，G3324G19157相G10627G18336比较G1469G13785的相位差G17902过计G12651从而G5483到导纳角和网络负载的G19471容抗特性。261锁相环相位捕捉A58A59A60A61A62A63A64A56A57A65A66A67A68CD4046A69A70A71A62A65CMOSA66A67A68A63A64A56A57A69A72A73A74A70A56A75A56A76A77A78A79A80A813VA8218VA83A69A84A85A86A87A88A89100MA69A90A91A92A93A94A69A59A95A96A97A98F0A8110KHZA99A92A93A100A81600WA69A101A102A92A93A103A104A105A99A49A70CD4046A65A106A107A108A109A69A110A6216A107A111A109A112A113A114A69A115A106A107A92A116A117A49212A118A119A105A49212CD4046A65A106A107A108A109A491脚相位输G1998G12483，G10627路入G19157G7114为高电G5191，G10627路G3845G19157G7114为G1314电G5191。2脚相位比较器的输G1998G12483。3脚比较信号输入G12483。13脚相位比较器的输G1998G12483。14脚信号输入G12483。对相位比较器而G16340，当14脚的输入信号比3脚的比较信号G20069率G1314G7114，输G1998为G17935G17765“0”G727反G1055则输G1998G17935G17765“1”。如果G1016信号的G20069率相G2528而相位G993G2528，当输人信号的相位G9394后G1122比较信号G7114，相位比较器输G1998的为正G14045G1926，当相位G17241前G7114则输G1998为负G14045G1926。G3324G17837G1016G12193情况G991，从1脚都有G994上述正、负G14045G1926宽度相G2528的负G14045G1926产生。从相位比较器输G1998的正、负G14045G1926的宽度G3355G12573G1122G1016G1022输入G14045G1926上G2331G8851G1055G19400的相位差。而当G1016G1022输入G14045G1926的G20069率和相位G3355相G2528G7114，相位比较器的输G1998为高G19471G5589，则1脚输G1998高电G5191。上述波G5430如图213G6164示。由G8504G2499见，从1脚输G1998信号是负G14045G1926还是G3278G4462高电G5191就G2499以G2040G7041G1016G1022输入信号的情况了。A49213A120A121A103A84A122A123A124A49过零比较和G19157相G10627相位比较器电路原理图如图214。A49214A125A126A127A128A129A130A131A127A128A132A133A134A135A136262硬件计数器设计相位角测量采用硬件计数G7053G5347，而G993使用单片机G11464接计数，因为用硬件计数G2499以把精度提G5483更高。G17837G18336我们使用G1016片74HC161G1030G13864组成256进制的G1030行进位计数G7053G5347。G3818部G2454G13783G20069率选用10MHZ有源晶G6403产生一G1022高速G14045G1926，用G17837G1022高速G14045G1926计G12651G19157相G10627输G1998的信号FI的宽度，G17837G7691G2499以使精度达到710A137A138A139A140A141A142A143A144A141A145A146A147A148A149A149A150A151A135A152A153A154A1415A155A156A132A133A134A135A157A136215。A136215A153A158A159A132A133A136三系统软件设计系统采用16位的凌阳单片机SPCE061AG7481完成对测试系统的控制和数据处理，当上电复位后单片机G20330G1820对LCD、AD9851G12573进行初始G2282，初始G2282G20069率为100HZ，G5332机后G1039界面即显示G6164测数据和当前G20069率值，G2499以G17902过G19202G11436控制100HZG8505进到10KHZ，G5194G1000将数据G4396G1660到AT24C02中，其G1194功G14033模块为G14270动量G12255控制，利用LCDG11023G20069率特性曲线G12573。31主程序流程图A13631A160A161A162A163A161A13632计算导纳模|Y|软件流程图AD采G7691系统中电流电压2路信号经放大整流后计G12651G5483到导纳模|Y|。为了提高测量的精度，G16786计了一G1022G14270动量G12255控制电路，G2499G7693据负载的G993G2528选择G993G2528的量G12255以满足题目要求。A13632A142A143A164A165A166A163A161A13633测量导纳角Y软件流程图计G12651G1998G19157相G10627输G1998的高G14045G1926宽度TS,G7693据宽度和相位的G1863系就G2499以计G12651G1998相位的值。将高G14045G1926和一G1022G3818部计数G7114G19059G17902过一G1022G994G19388后送计数器74HC161，利用G4462G7114器TIMERA对计数器输G1998G7114G19059计数，高G14045G1926接G3818部中G70412，当高G14045G1926结G7475G7114立即G1584G8502TIMERA计数G7693据计数的次数，G2499以计G12651G1998高G14045G1926的宽度，从而计G12651G1998电流量和电压量的相位差。A13633A142A143A144A165A166A163A161A13634数据显示存储模块为了G14033对G15999测网络数据进行进一G8505的分析和G11752G12362，数据G5224具有G6493电保G4396功G14033。我们选用ATMEL公司的AT24C02芯片，G4396G1660容量为2K字G14422。G17837G7691一G1022G15999测网络采集的数据就G2499以保G4396G17227G7481G1427G1122以后分析。显示器采用图G5430液晶模块RT12864A1，G1861有G8190G3364G7643128G9869，G13449G3364G764364G9869，组成12864的显示G4643。G2499以显示G8733字，字G12538，图G5430G12573。G3250放数据G7114G11464接从数据G4396G1660器中取G1998数据，经过处理后G3324LCD上显示四系统调试与系统测试41系统调试G7693据G7053G7708G16786计要求，调试过G12255公分G989大部分，硬件调试，软件调试，软件和硬件G13864调。电路G6365模块G17892G1022调试，各模块调试G17902过后G3324G13864调。G12255G5219G1820G3324最G4579系统G7507调试，G17902过后G3324软硬G13864调。硬件调试G1039要是G13783G15397G5602G1052把各G1022模块的测量误差降到最G1314，把误差控制G3324最G4579G14551G3272G1881。A/D转换的精度、真有效值转换的测量误差、取G7691电G19471的精度、放大电路的倍率G12573都是系统的G1039要误差G7481源。由G1122G3324系统的硬件G16786计中G13783G15397到各G1022部分电路的误差分配，G4625量将误差降G1314到最G4579。软件和硬件的G13864合调试过G12255中，我们G17828用的相G5224的软件G15929G1619和硬件G15929G1619G6526G7057，保G16789把误差控制G3324一G1022G4579G14551G3272G1881波动。42指标测试421测试仪器TDS1002数字示波器UT58E142位数字G987用G15932DF2172BG1144流G8639G1251G15932GFG8216AG1314G20069G2001数发生器ELC131B电G7737DF1731SB2AG11464流G12295压电源GFC8131HG20069率计422信号源的测试G3324信号源输G1998G12483分G2047G2164上10、100、1K、10K、100K的负载，G3324100HZG79410KHZG14551G3272G1881G6207G20069，选取G1128G1022G20069率测试G9869，G16772G5417G991负载上G993G2528G20069率情况G991的G4804G4804值。测试结果如G1593241。G1593241信号源负载测试G16772G5417A167A167A168A169A170A171A172A173A174A175A176A177A178A179A180A181A182A183A184A171A172101001K10K100K100HZ994MV998MV100V100V100V999506HZ300HZ996MV999MV101V100V100V3000015HZ1KHZ100V103V102V101V103V10005KHZ3KHZ102V105V104V103V105V30001KHZ10KHZ107V106V105V104V105V100000KHZ423相位超前网络测试记录G1593242相位G17241前网络测试G16772G5417G708单位MS度G709G20069率G4466测值理G16782计G12651值REYIMY|Y|YREYIMY|Y|Y100HZ1071982256161213235648300HZ10706012329210551142881KHZ10753854878715255347923KHZ107235258655122324565810KHZ1078468528281806812849424相位滞后网络测试记录G1593243相位G9394后网络测试G16772G5417G708单位MS度G709G20069率G4466测值理G16782计G12651值REYIMY|Y|YREYIMY|Y|Y100HZ105062122305610611173096300HZ10534536173013253407291KHZ1056656738102162863680953KHZ10577578282281725732821410KHZ105664672811116286368095五结束语G17902过以上的G16786计，系统G14033G1946G11842而有效的测量G994分析一G12483口网络的导纳，其中系统G6363G7643高G1122题目要求。G3324达到题目G3534本要求情况G991，发G6393部分G1852部完成，G5194G2499以把导纳分析仪测量误差控制G3324G5468G4579的G14551G3272G1881。当G9994系统还G2499以G2164上G14270动G15929G1619电路，利用软、硬件结合抗干扰。G3324软件G13546G12255中G2499采用G2447G7509值G5191G3355滤波法，G2499达到更好的测量效果。参考文献1G16886G14270美G1039G13546电G4388线路综合G16786计G2283G1152高G12573教育G1998版社200662康华光G1039G13546电G4388G6228G7427G3534G11796G708模G6323部分G709第G3247版G2283G1152高G12573教育G1998版社200443康华光G1039G13546电G4388计数G3534G11796G708数字部分G709第G3247版G2283G1152高G12573教育G1998版社200444大学生电G4388G16786计湖G2283赛G2318组委G1262G1039G13546电G4388系统G16786计G4466践武G8733华中科G6228大学G1998版社200575杨G6403江G12573G1039G13546智G14033仪器G994数据采集系统中的新器件及G5224用西安西安电G4388科G6228大学G1998版社2001126凌阳科G6228大学计划HTTP/WWWUNSPCOMCN/DVBBS/G3324G17837G1016G1022月的电G4388G16786计培训中，我们都学到了G5468多，G1306是遗憾也G54