基于單片機和FPGA的頻率特,tt測試儀
3.3 比較器電路
在輸入/輸出端信號經(jīng)無限放大進入過零比較器,產(chǎn)生與兩信號同步變化的方波信號,可提供給FPGA進行相位差計數(shù)。過零比較器無相位延遲,其方波信號完全反應進、出網(wǎng)絡(luò)的相位差。MAX912是MAXIM公司的雙通道高速低功耗、高精度電壓比較器。該器件傳播速度快(典型值為10 ns),功耗低(單個比較器工作電流為6 mA),每個比較器均有獨立的鎖存使能功能。由于FPGA對相位的測量是基于對下降沿的檢測,為了產(chǎn)生邊沿陡峭的方波,因此,選用MAX912組成的高速過零比較器,其電路如圖4所示。
4 軟件設(shè)計
圖5為系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖,首先系統(tǒng)初始化,主要是初始化LCD菜單顯示,這樣可便于根據(jù)LCD菜單進行按鍵操作。然后系統(tǒng)可根據(jù)默認頻率范圍(100 Hz~1 000 kHz)掃描,如果無其他按鍵,則示波器顯示待測網(wǎng)絡(luò)在該默認頻率范圍的頻率特性曲線。當有按鍵下,CPU產(chǎn)生中斷進行按鍵處理,改變掃描參數(shù)。系統(tǒng)配置主要有4種按鍵處理情況,若左右頻率設(shè)置則改變最小最大頻率,即改變掃描范圍;若步進設(shè)置,則改變掃描步進,最小步進設(shè)置為10 Hz;若設(shè)置為快掃和慢掃,快掃速度快實時性好,而慢掃精度高但速度慢;若特定頻率點測量,則LCD顯示該網(wǎng)絡(luò)在單個頻率點的幅度特性和相位特性。按鍵設(shè)置完畢,系統(tǒng)按照設(shè)定參數(shù)掃描和測試,示波器和LCD顯示新結(jié)果并等待新的按鍵操作。
5 測量結(jié)果
在此基礎(chǔ)上設(shè)計一個雙T網(wǎng)絡(luò)。由于雙T濾波網(wǎng)絡(luò)是屬于帶阻濾波器,若輸入某一頻率信號,該電路發(fā)生諧振而使其不能通過,但輸入其他頻率信號基本都可通過,但幅值有所衰減。采用阻抗星形三角形變換法,該雙T網(wǎng)絡(luò)可等效為簡單的π型網(wǎng)絡(luò)。利用Matlab仿真,得到雙T濾波網(wǎng)絡(luò)幅頻特性曲線和相頻特性曲線,如圖6所示。
通過實驗測試數(shù)據(jù)可知,雙T網(wǎng)絡(luò)的中心頻率在50 kHz左右。在中心頻率上,相頻特性出現(xiàn)突變,由負相位特性最大值突變?yōu)檎辔粯O大值。幅頻特性曲線在中心頻率上出現(xiàn)極小值,衰減大,在其帶寬范圍之外網(wǎng)絡(luò)衰減比較小。因此,利用該系統(tǒng)設(shè)計可直觀顯示出一個網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。
6 結(jié)語
該系統(tǒng)設(shè)計可以方便地測量未知網(wǎng)絡(luò)在中低頻的幅頻特性和相頻特性的曲線,并在示波器顯示。該系統(tǒng)設(shè)計有助于學生理解電子線路理論知識,有利于自主開發(fā)簡易的測量儀器。
評論