简易频谱分析仪课程设计

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1、课程设计任务书学院（系）：专业：测控技术与仪器学生姓名：学号：0设计题目：简易频谱分析仪起迄日期:2011年12月19日~2012年1月4日设计地点:中北大学主楼1409、1417、1418指导教师:专业负责人:发任务书日期:2011年12月19日12课程设计任务书1．课程设计课题的任务和要求：采用外差原理设计并实现频谱分析仪，具体要求如下：1.频率测量范围为10MHz～30MHz。2．频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV,输入阻抗为50欧。3．可设置中心频率和扫描宽度。2．课程设计课题的具体工作内容（包括原始

2、数据、技术要求、工作要求等）：121.查阅相关资料2.设计原理电路3.绘制原理电路图4.写设计报告12课程设计任务书3．对课程设计课题成果的要求：任务书和报告各一份4．课程设计课题工作时间及评分依据：时间安排评分依据1、12月22号下午3点（1409）交设计思路；2、12月29号下午3点（1409）交原理说明和电路图，3、1月4号上午9点（1409）交设计报告并答辩。（地点根据具体情况进行修改）①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原理说明是否正确，⑤报告是否清晰，⑥答辩过程中回答问题是否正确。12所在专业审查意见

3、：负责人：靳鸿年月日测控电路设计专业：测控技术与仪器12班级：姓名：学号8设计说明书1.总体设计思路本系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：本机振荡器采用DDS芯片AD9850，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经主控制器SPCE061A处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖1MHz-30MHz。图1系统总体设计框图2.系统硬件电路的设计122.1单片机主控制系统　　本系统选用SPCE061A单片机作为主控制器，进

4、行信号处理和控制人机交互。SPCE061A是一款16位结构的微控制器。在存储器资源方面，SPCE061A内嵌32K字的闪存（Flash），可供存储扫描所得的频率点幅值，而不用外置存储器，节省了存储时间，方便对数据进行处理；在处理速度方面，它的CPU时钟为0.32MHz～49.152MHz，较高的处理速度使其能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号；32位通用可编程输入/输出端口便于与外围器件相连；7通道10位电压模/数转换器(ADC)可供采集样值。2.2DDS集成芯片　本系统中选用AD9850DDS集成芯片完成DDS本振。AD9850

5、是高稳定度的直接数字频率合成器件，内部包含有输入寄存器、数据寄存器、数字合成器（DDS）、10位高速D/A转换器和高速比较器。AD9850高速的直接数字合成器（DDS）核心根据设定的32位频率控制字和5位相移控制字，在外接125MHz晶振时，可产生高达40MHz的正弦波信号。根据AD9850说明书的电路制作了DDS集成板。实际测试DDS的芯片所产生的信号波形（10M以下）较好，幅度随着频率的升高而略有下降，为了满足AD835小信号混频的性能，我们后接AD603加以衰减。2.3混频器　　乘法器AD835可以实现250MHz带宽内的混频，

6、这对于我们的设计完全满足要求。而且其输出幅度在不同频率值时相对稳定，外围电路也相对简单，不需要进行复杂的调零调试，只需要对Z的直流输入进行相对调整即可。其中W=X×Y+Z。图2AD835原理框图AD835对小信号的乘法精度较高，不易输出新的频率分量，所以我们利用AD603将DDS输出信号适当衰减，将输入小信号适当放大，再送入乘法器，以获得最好的相乘效果。电路连接如图3所示。12图3带宽90MHz、增益可控的AD835信号放大电路2.4滤波器　　本设计要求频谱分辨力为10KHz，所以每个扫频点的间隔为10KHz，以此频点作为中心，左右各

7、5KHz范围之内为有效值，所以滤波器需要5KHz的带宽。MAX297为8阶开关电容滤波器，可以实现截止频率0.1～50KHz的可调。其带内增益平坦，带外衰减速度很快。　　MAX297的1管脚的clk信号可以外接一个电容实现截止频率的选择：　　这样可以根据MAX297的截止频率和clk的比值为1:50的关系确定截止频率fc，经过实际测试选择120pF可以实现5KHz的截止频率，满足题目的频谱分辨率要求。如图4所示。12 图4由MAX297所组成的截止频率为5KHz的LPF2.5检波电路　　为了提高检波精度，我们选择了MX636作为检波电

8、路，其电路原理图如图5，它的外围电路只有一个电容。这个电容的选择很重要，它决定了检波的精度和稳定时间。大电容检测精度高，放电时间长；小电容会加大检波电路的输出电压的波纹，使检测精度下降。为了平衡DDS的扫描速度和数据采集