一種基于FPGA和單片機(jī)的掃頻儀研究與設(shè)計(jì)

　　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T0、周期為T的另一路方波，若高頻計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖周期為TCP，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)倍的閘門信號(hào)。利用計(jì)數(shù)器1測(cè)量出閘門信號(hào)內(nèi)通過高頻脈沖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°。

　　2．4 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)

　　為了在示波器上顯示曲線，需要通過2個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器向X、Y軸同步送入掃描信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。X軸方向的DA轉(zhuǎn)換器輸出掃描信號(hào)為O～5 V的鋸齒波信號(hào)，而數(shù)據(jù)信號(hào)為-5～5 V，反應(yīng)了各個(gè)頻率點(diǎn)上的信號(hào)幅值和相位，由另一片D／A轉(zhuǎn)換器向Y軸方向輸出。