基于C8051F060和AD9834的頻率響應測試儀設計

摘要：為了測試電路系統(tǒng)的頻率響應特性，通常需要在電路系統(tǒng)輸入端加上不同頻率的激勵，然后再測量電路的輸出以得到頻率響應函數(shù)。文中介紹了由單片機和DDS構(gòu)成的頻率響應測試儀設計方法，同時給出了單片機中的軟件處理流程。試驗結(jié)果表明，本測試儀測量精度高，操作方便。
關鍵詞：AD9834頻率響應；測試儀；單片機；C8051F060

0 引言
在模擬電路設計和調(diào)試過程中，測量系統(tǒng)的頻率響應特性是非常重要的一步。而市場上能購買到的具有分析系統(tǒng)頻率響應的儀器通常都比較昂貴，而且體積較大，一般很難接受。為此，本文介紹了一種成本較低、體積小、操作簡單，能滿足大部分系統(tǒng)測量要求的頻率響應測試儀的設計方法。

1 系統(tǒng)總體設計
本文介紹的是基于單片機C8051F060和頻率合成芯片AD9834開發(fā)的、可測量系統(tǒng)頻率響應曲線的儀器系統(tǒng)。其系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所
示。

本設計中的單片機C8051F060可控制掃頻信號源，以產(chǎn)生一系列不同頻率的正弦信號，然后將這些信號進行濾波、放大后作為被測對象的輸入送到被測網(wǎng)絡中，而被測對象的輸出信號則經(jīng)過調(diào)理電路輸入到單片機C8051F060中進行數(shù)據(jù)采集與處理，并將其幅頻特性曲線、相頻特性曲線通過LED顯示出來。鍵盤可通過控制單片機來設置頻率的步進值。

2 各部分模塊的設計
2．1 主要芯片簡介
本系統(tǒng)中的C8051F060是美國Cygnal公司推出的完全集成混合信號片上系統(tǒng)型MCU。C8051F060采用與8051兼容的專利內(nèi)核CIP-51，速度高達25MIPS，并具有59個數(shù)字I／O引腳、5個16位通用定時器、6個帶有捕捉／比較模塊的可編程定時器／計數(shù)器陣列。同時，片內(nèi)還集成了兩個16位、1Msps的ADC和2個12位DAC、3個電壓比較器、看門狗定時器，VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。該芯片上集成有64KB的FLASH和4352B內(nèi)部RA-M，以及硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus／I2C和2個UART串行接口。最為便利的是，C8051F060還集成了CAN總線控制器，這使得用CAN總線開發(fā)C8051F0 60具有開發(fā)費用低廉、抗干擾性強、可適用于工業(yè)現(xiàn)場應用等特點。
本設計選用的頻率合成芯片AD9834是AD公司生產(chǎn)的具有高集成度、低功耗的直接數(shù)字頻率合成器，它使用的DDS技術是一種利用正弦信號
相位隨時間線性增加的原理，并由數(shù)字累加和數(shù)／模轉(zhuǎn)換來合成所需頻率的技術。它主要由數(shù)控振蕩器(NCO)、相位調(diào)制器、正弦查詢表ROM
和1個10位D／A轉(zhuǎn)換器組成。數(shù)控振蕩器和相位調(diào)制器主要由2個頻率選擇寄存器、1個相位累加器、2個相位偏移寄存器和1個相位偏移加法器構(gòu)成，其最高工作頻率可達50 MHz。在參考時鐘1MHz下的頻率分辨率達0．004 Hz。同時，AD9834還具有三總線串行(SPI)接口，可以較好地與DSP或單片機兼容，并可以輸出正弦波、三角波和方波信號。