2015年全国大学生电子设计竞赛论文e题

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1、.....80MHz~100MHz频谱分析仪（E题）福州大学物理与信息工程学院杨威汤鸿黄锦雄【本科组】摘要本系统的设计由锁相环、混频电路、频率测量、AD采样几部分组成。设计采用锁相环为本振，NE602为相乘器混频，465K滤波器滤波。输入信号与本振源相乘后，输出的信号经465K滤波器滤出465K的信号，然后将465K信号分别输入第二套锁相环与单片机STM32中，两套锁相环确定输入信号频率，单片机确定输入信号电压，再由LCD屏幕显示出来，实现频谱仪的制作，经测试，多项性能指标均完成设计任务并有所拓展。关键字：

2、锁相环、频谱分析仪、混频器、滤波AbstractThissystemconsistsofPLL,mixercircuit,frequency-mearsuringcircuit,ADconvertercircuit.ThissystemtakePLLasthesourse,multiplierNE602asthemixer,filter.Wemultiplytheinputsiganlwiththesourse,sendthemtothe465k-filterandfinallytakethemtothes

3、econdPLLandMCU(STM32).WeusethetwoPLLstodeterminethefrequencyoftheinputsignal.WedisplaytheresultusingtheLCD.Keywords:PLL、spectrumanalyzer、mixer、smoothing..........1、系统方案设计1.1整体方案设计方案一：FFT法。这种频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,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

4、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，频谱分析仪需要高频率、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电路简单，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硬件的速度要求，又可以在

5、相对窄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。这种频谱分析仪采用外差原理，由本机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。本机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，硬件成本低廉，但这种方法对硬件电路要求较高，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时间。根

6、据实际条件和成本以及题意上的考虑，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仪的总体设计。1.2设计方案比较论证（1）、系统混频方案选择..........方案1：采用三极管混频，三极管混频电路是超外差接收机中广泛应用的电路。它的主要特点通过混频（变频）实现高频信号的频率变换。从而将一个较大的频率空间内的接收频率转变成为一个固定的较低的频率。因而，采用这个设计，可以保证增益、通带等性能指标。采用三极管电路实现信号的混频。由于在该方案中用到了分立元件三极管，电路中容易产生非线性失真，同时，相对来说，

7、该电路性能也不是很稳定。方案2：采用NE602芯片混频。NE602是Signetics公司生产的通用振荡/混频器单片集成电路，内含双平衡振荡器（DBM）、振荡器和稳压器。其中，双平衡混频器的工作频率可达500MHZ，振荡器的振荡频率可达200MHz。因此，最适合用于高频（HF）和甚高频（VHF）接收机、变频器和频率变换器，还可用来构成高频信号发生器的LC可变频率振荡器（VFO）、晶体振荡器、电调振荡器或扫频振荡器。根据以上的分析可知，由NE602芯片实现的混频器电路性能要优于采用三极管实现的混频器电路，因此

8、，采用方案二实现电路。（2）、单片机的选择方案1：采用51单片机，采用MCS-51系列中的80C51单片机。80C51是一款八位单片机，应用范围广,价格便宜是其最大优点。但由于80C51单片机的闪存(FLASH)只有8K,且无法内置DAC电路,必须通过外围电路实现，并且IO口太少。由于处理的数据多，IO口使用多，51单片机实现这些功能比较困难且效率很低。方案2：采用STM32单片机，STM32F1系列属于中低端的