简易幅频特性测量仪设计.docx

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1、简易幅频特性测量仪一.方案论证示波器LCD幅度测量滤波放大被测网络ADCDACMCU扫频结果显示计算得到响应的有效值点频结果显示DDS产生正弦波量程选择测试点11VRMS正弦波响应电压信号测试点2图1.1系统框图本系统由单片机采用DDS原理输出频率范围在10~1KHz的正弦波，输出幅度为1VRMS。将不同频率的正弦波输入被测网络，通过测量网络输出端的有效值，因为输入有效值为1，故所测有效值等于网络在该频率下的增益，得到网络的幅频响应。信号源产生：正弦信号是利用DSS原理，通过DA进行输出。只要确定好了采样频率，存储深度以及步长等几个关键指

2、标，便可以精确地进行信号发生，输出幅值与频率都很精确。需要平滑滤波与放大环节的配合。信号处理：所测有效值的计算方法如下。对AD采集进来的数据，取整倍周期的样本，做均方根处理，再做平均值计算，两者相减，即可得到不含直流分量的正弦信号有效值。可以通过固定频率的点频方法测得特定点的响应，也可也通过频率步进得到一系列点的响应，最终绘得响应曲线。最终结果通过示波器与液晶共同显示。点测与扫测：DDS产生正弦波的方案，我们存储一个周期采样点的幅值信息，通过改变步长来达到不同频率输出。在点频方式下，我们输出指定频率的正弦波，并读取响应电压信号，计算其有效

3、值，即可知道所测网络在特定频率点的增益信息（幅频特性）。在扫频方式下，由于10Hz步进到1KHz所需时间太长，而且参照我们需要完成的功能，我们加大步进量，以100Hz为步进长度，测出10~1KHz中的十个点，并通过插值等算法计算幅频响应曲线，在示波器上予以输出。图1.2软件流程发挥部分：发挥部分主要有扫频功能，扩展频率范围，以及可控增益几部分。扫频功能主要是对基础的点测功能的扩展，应用多次自动步进电测来得到幅频响应曲线。扩展频率范围主要是对DDS以及后级滤波的的加强要求，需要输出波形无明显失真。可控增益只需两个档位，一个是另一个的十分之一

4、，其中一个档位已经由小系统板上的AD前级满足，故我们选用继电器来控制增益。一.参数计算DDS输出我们需要频率范围从10Hz到1KHz，按照每周期最少点数计算得存储深度为1024个点，那么我们取10.24KHz的采样频率后，所得输出fo=M2N*fc=10MM为步长。滤波放大部分DAC直接输出有效值为0.5V的正弦信号，平滑滤波部分的截止频率为2000Hz，增益为2。这样就保证了输出时的有效值为1V。图2.1平滑滤波部分幅频响应曲线输出阻抗要求小于1ohm，并且能驱动10ohm负载，要求输出电流至少有0.1A以上，这对于DA来说负担过重，需

5、要加功放电路。滤波部分使用二阶有源低通滤波，并以两倍增益。滤波后端用功放管TDA2030作为功放，并采用射随接法，同时满足了输出阻抗的要求。在滤波与功放之间，加隔直电容，100uF与10Kohm构成高通网络，截止频率小于1Hz。电路如图所示。图2.2滤波放大电路被测网络一阶无源高通该网络要求截止频率为300Hz，通带内增益为0dB，计算得电容为100nF，电阻为5.3Kohm。图2.3一阶无源高通被测网络二阶有源低通该网络要求通带内增益为6dB，截止频率为200Hz，计算得电容为100nF，电容为7.96Kohm。图2.4二阶有源低通被测

6、网络幅度测量幅度测量部分要求输入阻抗大于10Kohm，响应电压幅值测量范围处于20mVRMS~2VRMS之间，增加可控增益后，还可测量2mVRMS~200mVRMS。ADC的输入范围为0~2.5V。2VRMS换算到幅值应该对应5.66VPP，可知，2VRMS的上限远大于ADC采集范围的。需要对信号进行比例变换。同理，对于小幅值的测量当同样需对信号进行放大。对20mVRMS~2VRMS量程做四分之一倍增益，对2mVRMS~200mVRMS档做十倍增益从而可以共享大幅值档的通道。同时为了满足采集范围，还需对其抬升电平，使所有电压信号处于正半周

7、。其电平抬升以及初级增益调理功能在小系统板上完成。可控增益以及范围增加等功能则放在外围板中。图2.5幅度测量前级电路一.测试报告测试使用仪器：Agilent安捷伦54662D数字示波器SS4325直流稳压电源1.DDS输出测试（测试点1）频率（Hz）10100200300400VRSM(mV)1001999992982970实测频率(HZ)1010020030040050060070080090010001070106010431024100198049959970179890110002.响应电压（测试点2）一阶无源高通频率（Hz）10

8、100200300400VRSM单片机36303525668751VRSM示波器35328563702779500600700800900100089092293994594694192594