基于單片機(jī)控制的頻率特征測(cè)試儀設(shè)計(jì)

2.2 幅頻和相頻特性設(shè)計(jì)

　　幅頻特性測(cè)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(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)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(cè)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(jì)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(shí)現(xiàn)峰值測(cè)量，峰值檢波器將被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出信號(hào)的峰值檢出，再送至A／D轉(zhuǎn)換器完成量化。實(shí)際上，由于信號(hào)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(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)。

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

　　鑒相器采用ETESTER實(shí)現(xiàn)。鑒相出被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出信號(hào)的相位差信號(hào)，經(jīng)過低通濾波器濾波得到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的相移信號(hào)，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(hào)的占空比與這兩路信號(hào)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(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值，N2是低電平脈寬時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值。兩路同頻率不同相位的時(shí)鐘信號(hào)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(hào)上升沿的時(shí)間有關(guān)。epd的脈寬等于PB和PA信號(hào)上升沿的時(shí)間差，這個(gè)時(shí)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(cè)試儀設(shè)計(jì)中包含兩種顯示方式，一種為L(zhǎng)ED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(jì)一個(gè)RS 232串行口，利用MCU的串口功能實(shí)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(hào)，即要將已經(jīng)測(cè)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?yàn)槭褂脝瓮ǖ朗静ㄆ黠@示幅頻和相頻兩條曲線，所以可以使兩條曲線分時(shí)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(shí)，可在D／A的輸出相迭加一個(gè)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(shí)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(hào)，所以掃頻信號(hào)的質(zhì)量高，掃頻范圍較寬。但是，因?yàn)樵撓到y(tǒng)使用的是點(diǎn)頻法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，系統(tǒng)測(cè)繪時(shí)間略長(zhǎng)。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(shí)驗(yàn)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(cè)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(gè)儀器的使用非常簡(jiǎn)單，是模擬式掃頻儀無法相比的。