基于單片機的頻率特性測試儀設計

　　引言

　　頻率特性測試儀也叫掃描儀，早期的頻率特性測試儀是通過(guò)手動(dòng)改變頻率的方法逐點(diǎn)測量完成的，后來(lái)按照這種方法設計了專(zhuān)門(mén)的掃描儀用于頻率特性的測量。早期的測量?jì)x大都采用分立元件來(lái)實(shí)現各種功能，顯示部分也是用傳統的示波器。所以體積大、設備重、故障率高、操作復雜、價(jià)格昂貴，有的只能測量幅頻特性，且精度不高。像BT6型超低頻頻率特性測試儀，就是采用分立元件。由于分立元件分散性大，參數變化與外部條件有關(guān)，因而產(chǎn)生的頻率穩定度差、精度低、抗干擾能力不強，成本反而高。

　　隨著(zhù)頻率合成技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，頻率特性測試儀也得到改進(jìn)，掃頻源采用數字量進(jìn)行控制，數字化信號源可以彌補分立元件的不足，測量部分也進(jìn)行了數字化的改進(jìn)，大多都在低頻段(小于1MHz)，測試儀的智能化程度仍然不是很高，掃頻范圍也不寬，相位測量精度也不高，雖然有一些測試儀也具有很高的精度和很寬的掃頻范圍，但是價(jià)格極其昂貴。

　　近幾年，隨著(zhù)現代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種儀器都偏向小型化、數字化、智能化、低功耗方向發(fā)展，頻率特性測試儀作為一種重要的測量?jì)x器，也在不斷的發(fā)展，由于直接頻率合成(DDS)技術(shù)的日益成熟，為頻率特性測試儀的數字化開(kāi)辟了道路，液晶顯示器技術(shù)的成熟使頻率特性測試儀小型化成為可能。

　　本文給出了數字式頻率特性測試儀系統的硬件設計。采用DDS技術(shù)作為掃頻信號源，同時(shí)采用了集成芯片CD4046對相位進(jìn)行檢測和用運算放大器CA3140及其外圍模擬電路對幅度進(jìn)行檢測，用單片機AT89C52進(jìn)行測量控制和數據處理，使用液晶顯示器對測量結果進(jìn)行圖形顯示。

　　系統設計

　　該系統要滿(mǎn)足性能指標為掃頻范圍在100Hz～100kHz;頻率穩定度10-4;測量精度為5%;輸出阻抗50 ;相位測量精度小于1度;能在全頻范圍內自動(dòng)步進(jìn)測量，能夠預置測量范圍及步進(jìn)頻率值。能顯示幅頻特性和相頻特性曲線(xiàn)，并能根據選擇，放大局部曲線(xiàn)，用對數坐標和線(xiàn)性坐標顯示，并配有文字標注。

　　根據所要完成的測試功能及性能指標，該系統由信號源電路、增益相位檢測電路、控制及數據處理電路和圖形顯示及接口電路四部分組成，系統框圖如圖1所示。

　　信號源電路由信號發(fā)生器發(fā)生電路和信號調理電路兩部分組成。本系統中信號發(fā)生電路采用DDS技術(shù)實(shí)現，能夠產(chǎn)生頻率、持續時(shí)間等都是可控的掃頻信號，并能夠滿(mǎn)足一般用戶(hù)對頻率范圍的要求;信號調理電路主要是對信號中的噪聲進(jìn)行抑制，并對輸出信號的功率起到控制作用。

　　增益相位檢測電路是為了檢測被測網(wǎng)絡(luò )兩端的幅度差和相位差。先對被測網(wǎng)絡(luò )兩端的信號進(jìn)行預處理，再對其進(jìn)行模擬檢幅和鑒相，然后把幅度差和相位差的模擬量由ADC0809轉化為數字量，送給控制及數據處理電路進(jìn)行分析處理。