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华体会app官网:频率特性测试仪(完整版)
发布时间:2022-07-28浏览次数:190

  方波通过积分电路就可以得到同频率的三角波再经过滤波器就可以得到正弦波但采用了多次积分电路这种具有惰性特性的电路误差大且不能满足相频曲线和幅频曲线的输出要求功能扩展能力有锁相环频率合成是将高稳定度和高精确度的标准频率经过加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散频率在一定程度上解决了既要频率稳定精确又要频率在较大范围可变的矛盾能产生限

  控制芯片为核心,A 为辅助以 FPG,现幅频及相 频的检测加之于外围电路来实。成:正弦扫频信号模块系统由 6 信模块组,T 网络模块待测阻容双 ,模块整形,测模块幅值检,测模块相位检,示模块及显。生 100HZ—100KHZ 的扫频信号先以单片机送给 AD9851 控制字产,T 网络检测电路经 过阻容双 ,进行采集后进入单片机进行幅值转换一路信号通过线JP 对有效值 , FPGA 进行相位检测及频率检测另一路信号由整形电路整形后 进入,D 显示输出最后由 LC,及相频的简单测试最终来 完成幅频。

  率合成技术(DDFS)方案一:采用数字直接频。GA 为控制核 心以单片机和 FP, 位地址存储相应的正弦表值利用 FPGA 中的 N,率控制字 K通过改变频,的波形存储器的数据寻 址相位累加器,fout=fin *K/2N以产生所需频率的正弦信号 。率比较稳定该方案频,能力强抗干扰,有一定的繁琐性但程序实现会,FPGA 资源并且会占 用 。

  锁相环频率合成方案方案二:采用程控。加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散频 率锁相环频率合成是将高稳定度和高 精确度的标准频率经过,确、又要频率在较大范围可变的矛盾在一定程度上解决了既要频率稳定精,生方波能产,得到同频率的三角波通过积分电路就可以,可以得 到正弦波再经过滤波器就,次积分电路但采用了多,满足 相频曲线和幅频曲线的输出要求这种具有惰性特性的电路误差大且不能,能力有限功能扩展。

   芯片 AD9851方案三:采用 DDS。目要求根据题,性价比结合,AD9851我们选用 。S 技术生产的具有高级集成度的 DDS 器件AD9851 是 AD 公司采用先进的 DD,为 180MHz它的最高工作时钟,围为 0~72MHz正常输出工作频率范,0.04Hz精度可达 ,频和调相功能它还具有调,产 生高带宽的正弦波信号通过单片机的适当控制便可。号频率稳定度较好该方案产生的信,简易操作,有一定的的不足但抗干 扰性。

  S 及锁相环频率合成相比综上论证比较:与 DDF, 信号的频率建立与切换简单采用 DDS 芯片合成正弦,单一频率,盖范围广频率覆,度高精,性强可控,展能力大功能扩。方案三故采用。

  采样法查找最值法方案一:A/D 。两 路信号进行等时间间隔采样并将其分别存储采用两片高速 A/D 转换器同时对输入的,波形数据进行分 析然后对所测信号的。RAM 中的波形数据用单片机扫描存储在 ,的最大值或最小 值查找出两部分数据,分波形数据的最大值或最小值的时间间隔计算出两片 A/D 转换器采集两部,差可由下式得到则信号的相位:

  )*360° 其中Фx=(Tx/T0,相临最值的时间间隔Tx 为两路信号,信号周期T0 为。数据进行处理才能达到较高的精确度这种方案需要用软 件对大量的波形,难以精确 控制且采集时间间隔。

  GA 鉴相法方案二:FP。数字逻辑处理功能基于 FPGA 。输出端分别通过一个过零比较器将待测网络的正弦信号输 入和,号进行“异或”操作对两路线输出方波信,反映相位差的大小所得脉冲的宽度可,差测量转化成对脉冲这就将对信号相位的

  的测量占空比。期内的基准源脉冲数 Nh 与 Nt分别测量脉冲高电位时间内与原方波周。

  时钟信号作为计数脉冲这种方案以主控芯片的, 要是单个不长的时间单位但原方波信号及脉冲信号都,相对较小其数值,在误差故存。高 时误差会更大当待测信号频率较。二中误差的主要来源方案三:考虑方案,周期同步计数法测量中采用多,基于方案二此方案 ,行填充式脉冲计数对输入信号周期进。FPGA 产生其原理为:用 一

   秒闸门信号个门宽为 1,钟频率 5 倍频为 200MHZ将 FPGA 的 40MHZ 时,冲“相与”送入计数器 1用闸 门信号与倍频时钟脉,计数进行,为 N1计数值。脉冲三者“相与”后送入记数器 2将同 步闸门信号、鉴相脉冲和时钟,记数进行,为 N2计 数值,N2/N1)*360°则相位差为:Фx=(。 信号宽度并非整个原信号周期此方法缺陷来自于所其的闸门,一定的误差这样会带来, 范围内是可以忽略的但其实这种误差在允许。高频率时更精确总体上在测量。用此方案综上采。

  峰值检波法方案一:。随器组成的峰值检波电路用二极管电路和电压跟,入电压正半周通过时其原理 为:当输,管导通检波,C 充电对电容 。择电容值适当选,度大于充电速度使得电容放电速,样这,大电压处 从而实现峰值检波电容两端的电压可以保持在最。偿 D1 的导通压降二极管 D2 用于补,量精度提高测。离后级为隔 ,构成的射极跟随器增加由运算放大器。

  信号频率范围很宽此电路能够检测的,时检波的纹波较大被测信号频率低,联构成的电容池可以滤除纹波通过增加小电容和大电容并, 然会带来一定误差但二极管的管压降必。极管使用高频二极管如果此电路中的二, 范围的频率上限就可大大提高测量,测量中高频率段的信号但是此电路只适合于。

  .采用线方案二。”亦称真均方根值所谓“真正有效值。S/DC 转换器对输入电压进行“平方 -取平均值-开平方”运算交流电压有效值定义为 VRMS=(U2)1/2 借助 TRM,电压的有效值就能获得交流。误差的带宽可达到 200KHZ在输入有效值为 1V 时 1%。

  度、过低或过高频时误差较大综合论证:峰值检波法在低幅,637 进行有效值检波具有准确度高而应用集成真 有效值检测芯片 AD,面广测量,的优 点显示直观,方案二故采用。

  应频率的正弦波(峰峰值稳定在 1.68V首先由单片机控制 AD9851 产生相, 0V)最小值,网络后会有较大的衰减此小信号进入双 T ,有 效值检测的稳定性为了减小后级整形及,的平均值降到 0V用减法器将此信号。T 网级联 中在前级与双 , 网络所受的干扰为了减小双 T,前加一级射极跟随器在双 T 网络之。心频率左右幅度衰减很大由于双 T 网络在中,进行有效值检测会 有较大的误差而此小信号进入 AD637 ,大电路(1—2 倍)因而加一级低倍数的放。430 的内部高速 A/D 转换输出显示输出信号进入 FPGA 处理 后直接进入 MSP。

  属于带阻滤波器双 T 网络是,3-1 所示其结构如图 。 对某一频率信号的输入对双 T 网络的要求是,振而不能通过该电路发生谐,率信号的输入而对其他频,可以通过则基本上,上有所衰减但在幅值。三角形变换法采用阻抗星形,以可证

  3.18105 计算得出 RC ,络的幅频特性曲线和相 频特性曲并在对数坐标下画出该双 T 网线

   T 网络相频特性曲线、双 T 网络的设图 3-3 双 T 网络幅频特性曲线 双计

  范围要求带宽较高由于题目的扫频,阻抗的 LF356 芯片所以采用高带宽、高输入。阻容双 T 网络另外实验要求为,0=5KHZ中心频率 f,=100HZ带宽 Bw。

  的正弦信号(峰峰值 1.68V该电路可将 AD9851 输入,到平 均值为 0V最小值 0V)调整,直流分量即去掉,的放大而带来的 不可预测的误差这样可以避免后放大电路对直流。9851 信号源与后级双 T 网络级联的干扰方面有显著的效果由高带宽芯片 LF356 组成的简单射极跟随器在消除 AD。

  是为测相位服务由于整形电路只,用过零比较器那么直接采。路要注意上拉电阻的合理选择但 LM311 比 较电,沿会夹杂高频波纹否则输出方波上升,输入端加电阻时其次 就是在,近管脚电阻应,K(或更小)且小于 10。

  、滤波放 大器、独立的缓冲放大器(缓冲放大器既可以作为输入缓冲用4 线 的内部结构包括有源整流器(即绝对值电路)、华体会app官网平方/除法器,滤波器来滤除纹波也可以构成有源 ,、偏置电路五部分提高测量准确度)。点 滤波电路如下图所示AD637 的标准双极。

  430 为主控芯片本系统以 MSP,据的采集、处 理、转换、显示来控制产生信号频率以及对数,辅助测量相位及频率而 FPGA 只是。

  程采用 C 语言完成单片机单片机软件编,R Embedded集成环境采用 IA。能设计-〉流程设 计-〉编写代码-〉调试”的顺序完成在此单片机软件设计按照“ 需要完成任务分析-〉界面功。的整体设计根据系统,个方面: a.控制 DDS 产生扫频信号单片机部分在系统中的任务可归结为 以下几,频信号的频率并且能获得扫,率定标以便频。采样以实现幅值的检测b.控制 A/D 。传送的相位及频率信息c.接受 FPGA 。采集到的有效值信号c.处理扫频频率与,信号相位,率等) 参数得到信号(频,键盘信息接受用户。示波器显示参数和图形d.在 LCD 及。流程图见附录单片机软件。

  V 的峰值时由于在 5,络状态较好双 T 网,输入作为标准测量所以用 5V 。

  络在 5K 时衰减的幅度最大由上面幅值测量表可得:该网,频率确实说明中心在

  K5,与 5.05K 时但在 4.95K ,完全恢复到 5V信号的幅度并没有,它的带说明宽

  大偏。衰减了 27.9dB并且在 5K 时幅度,Q 可以达到要求说明该网络的 。

  D637 输入幅度稍少时由有效值测试表可得:A,较稳定输出,量精度高有效值测。过大或过小时而输入频率,果差效。效值输入1V 有,最佳效果,达 1%精度可。 b)能在液晶显示屏上显示幅频曲线、频率、幅值、相位差d) 其它功能 a)起始频率和结束频率可通过键盘设置。步进进行扫频c)能够改变。

  问题: 1)地线不稳定或过长时实验系统调试过程中发现以下几点,电容的存在由于分布, HZ 的跳动频率测量会有几。 与后级模块级联时2)AD9851,跟随来消除对后级的任何时候都要加射极影

  响。点接触 FPGA 针脚时3)在用示波器探针直接单,确的显示会有正,用导但线

  接探针引出再,测量都不准确频率及相位的。电源管脚处接 0.1uF 的滤波电容4)在靠近 LM311 比较器正、负。电阻处并小电容在输出端上拉,除振荡效果有显著滤。处都要接一大一小的滤波电容5)在每个独立电源的正、负。弦波经 LF356 放大后6)理论上含有直流分量的正,流应该是同直流与交等

  的放大倍数,现了误差性放大但实际上却出,测量出现 误差从而导致有效值,直流与交流同时出现的情况因而在放大信号时尽量避免。络中心频率处幅度较小7)信号在双 T 网, 网络的特性加之双 T,信号的较小跳动会导致输 出,号占空比影响了信,试产生误差使后级测。在接线时8) ,输出线距离过近尽量避免输入与,量有一定影响否则会对测。

  测试(第二版).武汉:华中理工出版社[1]谢自美. 电子线路设计·实验·,出版社 [4]夏宇闻. Verilog 数字系统设计教程. 北京:北京航空航天大学出版社 [5]童诗白. 模块电子技术基础(第四版). 北京:高等教育出版2000 [2]马忠梅. 单片机的 C 语言应用程序设计. 北京:北京航空航天大学出版社 [3]李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京:北京航空航天大学社

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