基于C8051的頻率特性測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

徐運(yùn)德，唐田田（江西科技師范大學(xué)，南昌　330013）

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基于C8051的頻率特性測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

徐運(yùn)德，唐田田
（江西科技師范大學(xué)，南昌330013）

摘要：在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中，作為分析電路性能的重要方法。通常使用頻率特性測(cè)試儀測(cè)量如濾波器，高頻放大器等電路的頻率特性。本文采用高速單片機(jī)C8051F020片上系統(tǒng)為控制核心，制作了一個(gè)正交掃頻信號(hào)源以及頻率特性測(cè)試儀。該系統(tǒng)包括微處理器外圍電路，信號(hào)放大、被測(cè)網(wǎng)絡(luò)和混頻器等模塊設(shè)計(jì)。被測(cè)經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并最終測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的幅頻以及相頻特性。

關(guān)鍵詞：C8051F020；混頻器；AD采樣

1　前言

在現(xiàn)代的儀器設(shè)備中，越來越重視對(duì)信號(hào)源輸出的諧波分量。比如在放大電路中，高頻諧波分量會(huì)使電路不能正常工作。因此我們就需要對(duì)信號(hào)的頻率特性進(jìn)行分析，讓其高次諧波分量降低到規(guī)定值。本設(shè)計(jì)旨在使用高速單片機(jī)C8051制作一款頻率特性測(cè)試儀，并在后續(xù)的性能測(cè)試中各項(xiàng)性能參數(shù)都符合要求。

2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)零中頻正交解調(diào)原理，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)頻率特性的簡(jiǎn)易頻率特性測(cè)試儀，包括幅頻特性和相頻特性，其示意圖如圖 1所示。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)總框架圖

系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，制作一個(gè)正交掃頻信號(hào)源以及頻率特性測(cè)試儀，裝置總體設(shè)計(jì)包括微處理器主控模塊，AD9854掃頻信源產(chǎn)生電路、信號(hào)放大電路、被測(cè)網(wǎng)絡(luò)電路、乘法器電路、低通濾波器電路、兩塊ADC模數(shù)電路等等模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)任務(wù)主要完成兩部分功能進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）制作一個(gè)正交掃頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)；（2）制作頻率特性測(cè)試儀設(shè)計(jì)。

3　系統(tǒng)的理論分析與計(jì)算

系統(tǒng)理論分析。頻率特性的概念就是頻率特性H（jω）又稱為頻率響應(yīng)或頻響函數(shù)，反映了系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)不同頻率分量的傳輸特性，如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)頻率特性H（jω）傳輸

AD9854DDS信號(hào)源產(chǎn)生兩路信號(hào)Acosωt ，A sinωt ，Acos ωt 信號(hào)與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)相乘得到Aocosωt+φ，其是相位角φ是Acos ωt信號(hào)經(jīng)過被測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的。

然后被測(cè)信號(hào)與Acos ωt 相乘

然后經(jīng)過低通濾波器把高頻成份

以上數(shù)學(xué)推論就是正交掃頻信號(hào)源以及頻率特性測(cè)試儀的工作原理。

4　系統(tǒng)測(cè)試

幅頻特性測(cè)試結(jié)果。為了檢驗(yàn)幅頻特性測(cè)試精度，不妨設(shè)置點(diǎn)掃描方式用一些典型的頻率值進(jìn)行掃頻，分別在低頻部分（大于0KHZ）和高頻部分（小于40MHZ）取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后與理論值進(jìn)行比較。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1　幅頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)

相頻特性測(cè)試結(jié)果。

表2　相頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)

5　總結(jié)分析

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)正弦信號(hào)的頻率特性測(cè)試。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試可得，網(wǎng)絡(luò)中心頻率在20MMhz左右，在中心頻率上，幅頻特性曲線會(huì)出現(xiàn)極大值，在其帶寬之外衰減很小。相頻特性曲線在在中心頻率點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)突變，由負(fù)相位最大值突變?yōu)檎辔蛔畲笾怠?/p>

參考文獻(xiàn)

［1］周航慈，周立功，朱旻等.PHILIPS 51LPC系列單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

［2］何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

［3］徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［4］張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.053