2017年全国大学生电子设计竞赛

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1、2017年全国大学生电子设计竞赛远程幅频特性测试装置⑴题）2017年8月12日摘要本远程幅频特性测试装置是由信号源、放大器、幅频特性装置、电源模块等组成。木设置中信号源的输出频率范围为：1MHz、40MHzJ4具有自动扫描功能，步进：1MHz;放人器的输出电压的峰值为IV,且波形无明显失真；远程幅频特性测试装置可用示波器显示放大器输出信号的幅频特性。放大器的输出信号信息与笔记本电脑连接起来时，笔记本电脑就可完成放大器输岀信号的幅频特性测试，并能以曲线的方式显现出来。用设计利DDS原理由FPGA经D/A转换产牛扫频信号，再经待测网络实现峰值检测和相位检测，从而完成了待测网络幅频和相频特性

2、曲线的测量和显示。经过调试，示波器显示待测网络频率范圉1MHz〜40MHz的幅频和相频特性曲线，该系统工作稳定，操作方便。关键词：频率特性测试仪、幅频特性、相频特性、FPGA1.方案设计与论证31.1单片机的选择31.2整体方案设计41.3控制系统的论证与选择42.系统理论分析与计算52.1扫频测试法理论依据52.2DDS信号源62.3相位差测量62.4特性曲线显示分析73.电路的设计73.1.放大器73.2TLV3501比较器的设计83.2系统总体框图93.3电源103.4滤波电路114.测试方案及测试结果124.1测试仪器：124.2测试方案:125.测试结果：136结论137.文

3、献141.方案设计与论证1.1单片机的选择方案一：普通的AT89S51从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。但是运算速度过慢，保护能力很差，AD.EEPROM等功能需要靠扩展，増加了硬件和软件负担方案二：STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。述支持以太网、USBOTG和CAN2.0B外设接口同时工作，因此，开发人员只需一颗芯片就能设计整合所有这些外设

4、接口的网关设备。运算速度大约是51单片机的几十倍方案三：采用以增强型80C51内核的STC系列单片机。AT89S51具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存储空间。与我们通常意义上的微机原理类似，可以通过外接A/D,D/A转换电路及运放芯片实现对传感器传送信息的采集，且能够提供以点阵或LCD液晶及外接按键实现人机交互，能对内部众多I/O端口连接步进电机对外围设备进行精确操控，具有强大的工控能力。其语法结构与我们常用的计算机C语言基木相同方案选择：方案2运算速度较快，开发容易与相关设备兼容性1.2整体方案设计方案一：FFT法。这种频谱分析采用数字方法肓接由模拟/数字转换器(ADC)对

5、输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。为获得良好的仪器线性度和高分辨率,ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍。FFT运算时间与取样点数成对数关系，频谱分析需要高频率、高分辨率和高速运算时，要选用高速的FFT硬件，或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。可见这种方法的优点是硬件屯路简单，主要依靠软件运算，可以提高分辨率。其缺点是频率越高，对ADC和DSP芯片的速度要求越高，相应价格也越昂贵。方案二：分段FFT。这种方法将输入信号分段，逐段进行FFT的处理，这样分段取样降低了对ADC和FFT硕件的速度要求，又可以在相对窄

6、的频段内得到更高的频谱分辨率。但是这种方法在软件和硬件的设计和测试上显然要复杂很多。方案三：扫频法。这种频谱分析采用外差原理，由振荡器产生一定步进频率的信号与输入信号相乘，然后由适当的滤波器将差频分量滤出以代表相应频点的幅度。振荡信号可以达到很宽的频率，与外部混频器配合，可扩展到很高频率。这种方法的突出优点是扫频范围大,硕件成本低廉，但这种方法对破件电路要求较高，各模块性能都需要精心设计，且连接在一起整体调试时有一定难度。而且它只适于测量稳态信号的频率幅度，但获得测量结果要花费较长的吋间。根据实际条件和成木以及题意上的考虑，在满足题目要求的前提下,我们选择方案三来实现频谱分析的总体设计

7、。1.3控制系统的论证与选择方案一：采用在面包板上搭建简易单片机系统在面包板上搭建单片机系统可以方便的对破件做随时修改，也易于搭建，但是系统连线较多，不仅相互干扰，使电路杂乱无章，而且系统可靠性低，不适合本系统使用。方案二：自制单片机印刷电路板自制卬刷电路实现较为困难，实现周期长，此外也会花费较多的时间，影响整体设计进程。不宜釆用该方案。方案三：釆用单片机最小系统。单片机最小系统包含了显示、矩阵键盘、A/D、D/A等模块，能明显减少外围电路的设