基于单片机与示波器的频率特性测试仪_张正喜

1、5中国有线电视62002( 10)CHINA CABLE TELEVISION#标准与测量#基于单片机与示波器的频率特性测试仪t 张正喜( 宝鸡文理学院, 陕西宝鸡 721007)摘 要: 基于 89C52 最小系统为控制核心, 借助普通示波器显示电路网络的幅频特性和相频特性曲线。测量精度高, 使用方法简便, 并能准确地预置扫频值和步长。关键词: 单片机; 示波器; 频率特性中图分类号: TN949. 6文献标识码: A文章编号: 1007- 7022( 2002) 10- 0057- 02在测量技术中, 频域测量占重要地位, 专用频率特性测试仪直接用于测量各种电路的频率响应特性, 但其价格昂

2、贵。在网络特性调测中, 示波器通常是不可缺少的仪器, 随着微型单片机技术的广泛应用, 为减少巨大的经费投入, 研制出采用 89C52 单片机控制, 借助普通示波器测量频率特性的测试仪, 广泛应用于电路理论、电子技术、电视技术教学实验中。测量实践证明, 扫频信号频率准确、稳定, 寄生调幅小, 频偏大, 中心频率可任意设置。1 频率特性测试原理线性电路对正弦激励的响应仍是正弦信号, 只是与输入相比, 其振幅和相位发生了变化, 一般情况下都是频率的函数 , 正弦稳态下网络传输系数 N ( j X) 就反映了该网络激励与响应的关系:N ( j X) =u0( j X)=u0= N ( X) ej U(

3、 X)ui ( j X)ui式中 N ( X) 与 U( X) 分别称为电路网络的幅频特性和相频特性。显然, 它们都是频率的函数。测量频率特性的方法有点频法和扫频法。点频法是逐点测量幅频特性或相频特性的方法, 逐点测量操作繁琐, 且频率离散而不连续, 容易遗漏某些特性突变点, 因此, 频率特性测试仪常用扫频法。扫频法克服点频法缺陷, 在测试过程中, 使测试信号源的频率按特定规律自动连续并且周期性重复, 利用检波器将通过网络后的输出包络和相位检出送到示波器上显示, 就可得到被测电路的幅频和相频特性。其原理如图 1 所示。图 1 频率特性测试原理2 硬件电路设计基于单片机的频率特性测试仪电路如图

4、2 所示。本测试仪以单片机 89C52 作为控制及数据处理核心,图 2硬件原理图57张正喜: 基于单片机与示波器的频率特性测试仪5中国有线电视62002 年第 10 期89C52 片内有 8 K Flash ROM, 故无需扩展程序存储器,使系统电路简化。由于A/ D 转换后的数据量大, 故扩展一片2 K 的 6264RAM 作为数据存储器。扫频信号发生器是频率特性测试仪的核心, 它提供被测网络输入所需的频率随时间在一定范围内周期变化的正弦信号。扫频信号产生的方法常用锁相环( PLL) 及可预置分频器、单片集成波形发生器、专用频率合成器件及直接数字频率合成( DDS) 电路等。本系统采用单片机

5、控制的优势, 利用 EDA 技术, 选用在系统可编程逻辑器件 ispCPLD 芯片, 构成直接数字频率合成器( DDS) 来产生扫描正弦波。这种方法具有产生信号频率准确、分辨率高、电路可靠等特点。直接数字频率合成器( DDS) 由相位增量寄存器、相位累加器、地址寄存器、可预置分频器、波形存储器、数模转换 DAC 及低通滤波器组成。通过 CPU 改变相位增量寄存器的常数, 即步长值。相位累加器依据增量寄存器给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经 D/A 转换, 并经低通滤波器将波形中的小台阶予以平滑, 最后得到所需

6、的正弦波扫描信号。D/ A 选用 8 位 DAC08032, 低通滤波采用二阶有源滤波器。3 频率特性测试的数据采集电路与实现幅频特性测试电路由峰值检波器和 D/ A 转换器组成, 峰值检波器由/ 运放0和检波二极管构成, 它将被测网络的输出信号峰值检出来( 代表网络幅频规律) , 送往 8 位ADC0809 模数转换器, 数字化后再送单片机进行处理。相频特性测试电路由两个过零比较器、鉴相器、低通滤波器和A/ D 转换器组成。两个比较器由/ 运放0构成过零信号比较器, 分别将被测网络的输入、输出正弦信号转换为数字信号, 鉴相器采用 CD4046 实现, 鉴相出被测网络的输入、输出信号的相位差信

7、号, 经低通滤波器滤波得到被测网络的相移信号, 仍送 ADC0809 进行模数转换成数字量, 再送单片机进行处理。该仪器借助通用示波器实现曲线的显示, 经单片机处理后的幅频、相频曲线信息加示波器 Y 轴, 同时在示波器 X 轴加以与扫频信号频率成正比的锯齿波实现水平扫描, 为了分别显示幅频和相频特性曲线, 用叠加直流电平的方法使两种曲线显示在示波器荧光屏适当位置。扫描锯齿波的生成方法是经单片机 P1. 6 口控制8 位计数器按扫频规律计数, 并经 DAC0832 转换成锯齿波扫描信号送示波器 X 轴实现扫描。幅频相频数据分时从单片机数据线送 DAC0832 进行转换,并由 P1. 7 控制波形

8、叠加电路使转换后的幅频模拟信号叠加一直流电平, 然后送 Y 轴分时显示, 借助人眼视觉暂留功能, 从而同时观察到幅频和相频特性曲线,根据需要, 亦可独立显示某一种曲线。系统设有键盘和 LED 显示功能, 实现扫频频率上、下限及步长预置、步进预置, 可显示对应频率处的幅值和相位。4 软件设计系统软件用汇编语言编程, 模块化设计, 有主程序、幅值测量、相位测量、键盘显示等模块。主程序流程如图3 所示, 幅频测量流程如图 4 所示, 相位测量流程如图5 所示。键盘、显示程序流程图略。( a) 扫频测量流程图( b) 幅值测量流程图图 4585中国有线电视62002( 10)CHINA CABLE T

9、ELEVISION#卫星电视#卫星通信与我国的卫星电视教育t 王玉明, 郭柄( 河西学院, 甘肃张掖 734000)中图分类号: TN927+ . 2文献标识码: A文章编号: 1007- 7022( 2002) 10- 0059- 02卫星通信技术是空间技术和通信技术相结合的高再用另一个频率发射回地面。其工作原理是: 各地面科技产物。从系统结构讲, 卫星通信系统由通信卫星、站在接到用户的通信信息后, 首先在站内进行变频、放卫星通信地面站、中央监控站 3部分组成。系统各部大, 再调制到微波频率, 然后作功率放大, 由天线把已分之间的关系如图 1 所示。调制的载波信号发射向地球同步通信卫星; 卫

10、星接收其中通信卫星起着微波、超短波无线电通信中继到来自地面站的通信信息后, 再通过转发器进行处理转发的作用; 地面站用于沟通用户和卫星之间的联系;( 如放大、变频等) , 然后再转发给各地面站; 各地面站微波总站、长途台、电视台一起构成中央监控站, 其作接收到通信卫星转发来的信息后, 先经过变频、调制、用是管理整个卫星通信系统内的通信业务, 监视各地放大, 再经过相应的控制台、站( 如电视台、长途台、通面站和卫星的工作状态。目前,卫星通信采用地球同讯站等) 传送给用户, 从而实现了两地间的远距离通步轨道通信卫星, 它相当于悬挂在赤道上空 35 800 km信。在这里, 地球同步通信卫星起到了微

11、波中继站的高处的静止不动的微波中继站,接收从地面或其他卫作用, 它既可以传递电报、电话、传真、数据、图像等信星上发射来的无线电信号, 通过转发器将信号放大后,息, 也可以转播电视节目。参考文献: 1张永瑞. 电子测量技术基础M . 西安: 西安电子科技大学出版社, 1994 2 刘笃仁. 在系统可编程技术及其器件原理与应用 M . 西安: 西安电子科技大学出版社, 2001 3 赵曙光. 可编程逻辑器件原理、开发与应用M .西安: 西安电子科技大学出版社, 20004何立民. MCS ) 51 系列单片机应用系统设计M . 北京: 航空航天大学出版社, 2001 5王福瑞. 单片微机测控系统设计大全M . 北京:航空航天大学出版社, 1999 6薛钧义, 张彦斌. 单片微型计算机及其应用M .图 5 相位测量流程图西安: 西安交通大