基于單片機(jī)和FPGA的掃頻儀設(shè)計(jì)
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若選取晶振頻率為40 MHz，頻率控制字為24位，相位累加器的位數(shù)為31位，則輸出頻率范圍為0．02 Hz～312 kHz，步進(jìn)頻率為40 MHz／231≈0．02 Hz。
系統(tǒng)采用高速14-bit電流輸出型D／A轉(zhuǎn)換器DAC904制作DDS掃頻信號(hào)源。通過(guò)FPGA給其20 MHz的時(shí)鐘信號(hào)以輸出10 Hz～100 kHz的掃頻信號(hào)。該器件制作成的PCB板中，很好地考慮了接地，使得輸出信號(hào)在頻率為1 MHz可以達(dá)到無(wú)明顯失真。DAC904采用內(nèi)部基準(zhǔn)和雙極性接法，輸出信號(hào)幅值范圍為0～5 V。其原理圖如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/173225.htm
2．2 幅頻特性測(cè)試方案
使用集成真有效值轉(zhuǎn)換器AD637先檢測(cè)出信號(hào)每個(gè)頻率點(diǎn)的有效值，再經(jīng)過(guò)A／D采樣將得到的數(shù)據(jù)讀到單片機(jī)中進(jìn)行處理即可。該器件外接電路簡(jiǎn)單，工作頻帶很寬，與A／D轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，可以對(duì)任何復(fù)雜波形的有效值、平均值、均方值、絕對(duì)值進(jìn)行采樣，測(cè)量誤差小于±(0.2％讀數(shù)+0．5 mV)，可以達(dá)到很高的測(cè)量精度。
2．3 相頻特性測(cè)試方案
采用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)相位的測(cè)量。計(jì)數(shù)法的思想是將相位量轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖量，然后對(duì)數(shù)字脈沖進(jìn)行測(cè)量而得到相位差。對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字脈沖量進(jìn)行異或運(yùn)算，產(chǎn)生脈寬為T(mén)0、周期為T(mén)的另一路方波，若高頻計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖周期為T(mén)CP，則在一個(gè)周期T的時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)數(shù)值為：
式中，φx為相位差的度數(shù)。
這種方法應(yīng)用比較廣泛，精度較高，電路形式簡(jiǎn)單，適合FPGA實(shí)現(xiàn)。
實(shí)際測(cè)量中，當(dāng)兩輸入信號(hào)頻率較高且相位差很小時(shí)，得到的脈沖很窄，這會(huì)造成較大誤差。為了克服上述缺陷，引入等精度測(cè)量的思想(如圖3)，采用多周期同步計(jì)數(shù)法，利用觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)寬度為被測(cè)信號(hào)fa整數(shù)倍的閘門(mén)信號(hào)。利用計(jì)數(shù)器1測(cè)量出閘門(mén)信號(hào)內(nèi)通過(guò)高頻脈沖fm的個(gè)數(shù)N1，利用計(jì)數(shù)器2測(cè)量出相同時(shí)間內(nèi)閘門(mén)信號(hào)、異或信號(hào)、高頻脈沖三者相與后的脈沖數(shù)N2。因此，相位差值為△φ=N2／N1x36 0°。測(cè)量相位的同時(shí)，在FPGA內(nèi)部引入一D觸發(fā)器，用一路方波信號(hào)控制另一路方波，通過(guò)觸發(fā)器輸出的高低以判斷信號(hào)相位差范圍是大于180°還是小于180°。
評(píng)論