頻率特性測試儀的設(shè)計
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4．3 相位差測量
設(shè)INl和IN2為兩路具有相位差經(jīng)整形后得到的方波信號，Gate2為INl和IN2經(jīng)過異或后得到的脈沖信號，F(xiàn)o為FPGA內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)高頻脈沖信號，取40MHz。將IN2八分頻，結(jié)合單片機(jī)控制，可得到一個動態(tài)門控信號Gatel。動態(tài)門控與脈沖信號相“與”，可得到門限內(nèi)的有限個脈沖信號Gate2。Gate1中含有IN2的4個周期，Gate2含有8個異或脈沖。其中分別對clk進(jìn)行計數(shù)，分別得到計數(shù)值M和N。根據(jù)公式
精確地測得相位差絕對值。其時序如圖2所示。由于對高頻脈沖計數(shù)可能存在±1的誤差：本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/195927.htm
在F=100kHz時，Mmin≈1600，則δmax(△ψ)≈0.9°
FPGA內(nèi)部生成一個D觸發(fā)器，以INl為觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入，IN2為觸發(fā)器的時鐘輸入，若觸發(fā)器輸出端為高電平，則△ψ>O°；若輸出端為低電平，則△ψ0°。
5 主要功能電路
5．1 有效值檢測模塊
采用高精度、高帶寬的真有效值檢測器件AD637。輸出直流約有0．1 V的波紋．對小信號的測量存在很大誤差。系統(tǒng)有效值檢測模塊后接一級截止頻率為10 Hz的低通濾波器，濾除直流信號的波紋。即使在最小的有效值，檢測幾乎沒有誤差。如圖3所示。
5．2 示波器顯示模塊
為了在示波器上顯示曲線，需要通過2個D／A轉(zhuǎn)換器向X、Y軸同步送入掃描信號和數(shù)據(jù)信號。選用DAC0800作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由于掃描信號為0～5 V的鋸齒波信號，而數(shù)據(jù)信號為一5~5 V，掃描信號和數(shù)據(jù)信號的D／A轉(zhuǎn)換器分別采用單極性和雙極性接法。圖4給出DAC0800雙極性接法電路，單極性接法只將R1短路即可。
6 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件部分由單片機(jī)和FPGA組成，單片機(jī)主要完成人機(jī)交互部分的處理和系統(tǒng)的控制，F(xiàn)PGA主要完成測相和RAM的實(shí)現(xiàn)。整個軟件系統(tǒng)的設(shè)計中模塊化思想貫穿始終，采用菜單選擇所用功能。圖5為程序流程圖。
7 結(jié)語
頻率特性測試儀的幅度特性測試的頻率范圍達(dá)100 Hz～100 kHz，頻率穩(wěn)定度10-6，測量精度5％，能在全頻范圍和特定頻率范圍內(nèi)自動步進(jìn)測量，可手動預(yù)置測量范圍及步進(jìn)頻率值。相頻特性測試的頻率范圍500 Hz～lO kHz，相位值顯示3位，以1位作為符號位，測量精度為l°，并能用示波器顯示幅頻特性和相頻特性曲線。該系統(tǒng)操作簡單，測量精度很高，具有可行性和實(shí)用性，其成品經(jīng)優(yōu)化包裝具有良好市場。
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