详细简易频谱分析仪

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1、简易频谱分析仪摘要:本系统基于外差式频谱分析仪的基本原理，以单片机89C55为控制核心，结合高速可编程逻辑器件FPGA，采用DDS直接频率合成技术,实现了简易逻辑分析仪的设计任务。系统采用了一次下混频、滤波的结构，输入频率测量范围达到了0.55MHz~39.5MHz.系统整体指标好，频率分辨力达到了250Hz，能够正确识别调幅、调频和等幅波三种波形及其调制带宽。Abstract:Thissystemisdesignedonthebasicprincipleofspectrumanalyzer,whichhaveamicro-controllerasthecore-controller,

2、andthissystemrealizethedesignofsimplespectrumanalyzerbasedonthetechniqueofDDS.Thesystemusesthedesignofthelowmixingandfilter,thescopeofmeasureisfrom0.55MHzto39.5MHz.Thesystemspecificationsaresoexcellentthatthefrequencyresolutionisupto250HzandtheFM,AMandCWsignalsandtheirbandwidthscanberecognizedau

3、tomatically.关键词:外差式频谱分析仪一次下混频直接数字合成KEYWORD:Heterodyne,Spectrumanalyzer,lowmixing,DDS目录Abstract:2一、方案论证与选择5(一)．题目任务要求5(二)方案的比较选择与论证6(1)总体方案论证6方案一:数字式频谱分析仪6方案二:模拟式频谱分析仪6(2)部分方案论证71.本机振荡器方案:72.混频器方案:83.滤波器方案:84.检波器方案：85最终实施方案:9二、理论分析与计算9(一)．本机振荡器的扫频范围和滤波器的中心频率9(二).扫频时间和A/D采样速率10(三).调幅波、调频波和等幅波的识别原理

4、10三、功能电路设计12(一)本振信号发生电路12(二)输入信号放大及增益控制电路14(三)混频电路14(四)滤波器的设计15(五)检波及采样电路17四.系统软件设计19(一)FPGA内部各模块设计19(1)AD9851扫频模块19(2)MAX197采样模块20(3)LCD显示模块以及键盘扫瞄模块20(4)显示部分20(二)单片机设计部分22五.系统调试及测试数据与分析24(一)测试原理与方法24(二)测试方框图24(三)测试使用仪器及型号24(四)测试数据结果25六总结25(一)实验结果.25(二)误差分析.25七参考文献.26一、方案论证与选择(一)．题目任务(1)任务:采用外差原

5、理设计并实现频谱分析仪，其参考原理框图如下图所示:(2)要求基本要求（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50Ω；（3）可设置中心频率和扫频宽度；（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。发挥部分（1）频率测量范围扩展至1MHz~30MHz；（2）具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能，采用信号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输入信号，载波可选择在频率测量范围内的任意频率值，调幅波调制度ma=30%，调制信号频率为20kHz；调频波

6、频偏为20kHz，调制信号频率为1kHz；(3)其他。(二)方案的比较选择与论证(1)总体方案论证频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面分别对以下几种方案进行比较论证：方案一:数字式频谱分析仪按照对信号处理方式的不同，数字式频谱仪可分为以下三种：1.基于FFT技术的数字频谱仪：采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样，再经离散傅里叶变换（DFT）或其快速变换（FFT）处理后获得频谱分布图。FFT技术的数字式频谱分析仪在速度上明显超过传统的模拟式频谱分析仪，能够进行实时分析。但由于FFT

7、所取的是有限长度，运算的点数也是有限的，因此，实现高扫频宽度和高频率分辨率需要高速A/D转换器和高速数字器件的配合。2.基于数字滤波法的数字式频谱仪这种频谱仪原理上等同于模拟频谱仪中的并行滤波法或可调滤波法，通过设置多个窄带带通数字滤波器，或是中心频率可变的带通数字滤波器，提取信号经过数字滤波器的幅度值，实现测量信号频谱的目的，该方法受到数字器件资源的限制，无法设置足够多的数字滤波器，从而无法实现高频率分辨率和高扫频宽度。3.基于外差原理的数字