基于單片機(jī)控制的頻率特征測試儀設(shè)計

2.2 幅頻和相頻特性設(shè)計

　　幅頻特性測試電路由峰值檢波器和D／A轉(zhuǎn)換器組成。峰值檢波器由“運(yùn)放”和檢波二極管構(gòu)成。如圖3所示。他將被測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號峰值檢出來(代表網(wǎng)絡(luò)幅頻規(guī)律)，送往8位ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字化后再送單片機(jī)AT89C51進(jìn)行處理。

　　幅頻特征測試中常用的檢波方式有峰值檢波和有效值檢波。但由于有效值檢波無法達(dá)到設(shè)計要求的500 Hz～10 kHz頻率變化范圍，所以采用峰值檢波。利用有源峰值檢波器實現(xiàn)峰值測量，峰值檢波器將被測網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出信號的峰值檢出，再送至A／D轉(zhuǎn)換器完成量化。實際上，由于信號源的D／A及低通濾波器的特性能保證在100 Hz～100 kHz范圍內(nèi)的幅值保持不變，所以可以省去一路峰值檢波器及A／D，而只采集被測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號。

　　相頻特性測試電路(框圖如圖4)由兩個過零比較器、鑒相器、低通濾波器和A／D轉(zhuǎn)換器組成。兩個比較器由“運(yùn)放”構(gòu)成過零信號比較器，分別將被測網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出正弦信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

　　鑒相器采用ETESTER實現(xiàn)。鑒相出被測網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出信號的相位差信號，經(jīng)過低通濾波器濾波得到被測網(wǎng)絡(luò)的相移信號，送至ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送到單片機(jī)進(jìn)行處理。由鑒相器輸出的脈沖信號的占空比與這兩路信號的相位差成正比，即：

相位差=N1／(N1+N2)×360°

　　其中N1是高電平脈寬時間內(nèi)的計數(shù)值，N2是低電平脈寬時間內(nèi)的計數(shù)值。兩路同頻率不同相位的時鐘信號PA和PB通過鑒相器epd后，將輸出一路具有不同占空比的脈沖波形。其頻率與輸入頻率相同，而占空比與PA和PB信號上升沿的時間有關(guān)。epd的脈寬等于PB和PA信號上升沿的時間差，這個時間差即為PB，他正好等于epd的占空比乘以360°。

2.3 頻率特征的顯示和打印

　　頻率特性測試儀設(shè)計中包含兩種顯示方式，一種為LED顯示數(shù)值，并可打印輸出；另一種為用示波器顯示頻率特性曲線。我們參考的打印方式是在系統(tǒng)中設(shè)計一個RS 232串行口，利用MCU的串口功能實現(xiàn)與單片機(jī)AT89C51通訊，利用PC機(jī)的打印控制功能完成打印。

　　一般的示波器是輸入模擬電壓信號，即要將已經(jīng)測量得到的幅頻特性和相頻特性數(shù)據(jù)經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換為模擬電壓量。因為使用單通道示波器顯示幅頻和相頻兩條曲線，所以可以使兩條曲線分時顯示在屏上的不同位置。為了便于觀察，當(dāng)輸出幅頻特性數(shù)據(jù)顯示在屏幕上方時，可在D／A的輸出相迭加一個正電壓，由于示波器的掃描速度很快，相頻看起來和幅頻兩條曲線同時顯示在屏幕上。

3 結(jié)語

　　該系統(tǒng)體積較小，由于選用的單片機(jī)是AT89C51，且單片機(jī)系統(tǒng)的程序較短，所以無需擴(kuò)展EPROM和RAM。另外，由于使用了DDS集成電路來產(chǎn)生掃頻信號，所以掃頻信號的質(zhì)量高，掃頻范圍較寬。但是，因為該系統(tǒng)使用的是點頻法測量網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，系統(tǒng)測繪時間略長。若要提高系統(tǒng)的掃頻范圍，可用輸出頻率更高的DDS器件。

　　實驗表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，顯示打印的幅頻特征曲線與傳統(tǒng)掃頻儀所測得的曲線相符，繪制的頻率特性圖與理論一致。軟件的操作使用和圖形數(shù)據(jù)的處理非常方便，整個儀器的使用非常簡單，是模擬式掃頻儀無法相比的。