基于C8051F060和AD9834的頻率響應測試儀設計

摘要：為了測試電路系統的頻率響應特性，通常需要在電路系統輸入端加上不同頻率的激勵，然后再測量電路的輸出以得到頻率響應函數。文中介紹了由單片機和DDS構成的頻率響應測試儀設計方法，同時(shí)給出了單片機中的軟件處理流程。試驗結果表明，本測試儀測量精度高，操作方便。
關(guān)鍵詞：AD9834頻率響應；測試儀；單片機；C8051F060

0 引言
在模擬電路設計和調試過(guò)程中，測量系統的頻率響應特性是非常重要的一步。而市場(chǎng)上能購買(mǎi)到的具有分析系統頻率響應的儀器通常都比較昂貴，而且體積較大，一般很難接受。為此，本文介紹了一種成本較低、體積小、操作簡(jiǎn)單，能滿(mǎn)足大部分系統測量要求的頻率響應測試儀的設計方法。

1 系統總體設計
本文介紹的是基于單片機C8051F060和頻率合成芯片AD9834開(kāi)發(fā)的、可測量系統頻率響應曲線(xiàn)的儀器系統。其系統總體設計框圖如圖1所
示。

本設計中的單片機C8051F060可控制掃頻信號源，以產(chǎn)生一系列不同頻率的正弦信號，然后將這些信號進(jìn)行濾波、放大后作為被測對象的輸入送到被測網(wǎng)絡(luò )中，而被測對象的輸出信號則經(jīng)過(guò)調理電路輸入到單片機C8051F060中進(jìn)行數據采集與處理，并將其幅頻特性曲線(xiàn)、相頻特性曲線(xiàn)通過(guò)LED顯示出來(lái)。鍵盤(pán)可通過(guò)控制單片機來(lái)設置頻率的步進(jìn)值。

2 各部分模塊的設計
2．1 主要芯片簡(jiǎn)介
本系統中的C8051F060是美國Cygnal公司推出的完全集成混合信號片上系統型MCU。C8051F060采用與8051兼容的專(zhuān)利內核CIP-51，速度高達25MIPS，并具有59個(gè)數字I／O引腳、5個(gè)16位通用定時(shí)器、6個(gè)帶有捕捉／比較模塊的可編程定時(shí)器／計數器陣列。同時(shí)，片內還集成了兩個(gè)16位、1Msps的ADC和2個(gè)12位DAC、3個(gè)電壓比較器、看門(mén)狗定時(shí)器，VDD監視器和溫度傳感器。該芯片上集成有64KB的FLASH和4352B內部RA-M，以及硬件實(shí)現的SPI、SMBus／I2C和2個(gè)UART串行接口。最為便利的是，C8051F060還集成了CAN總線(xiàn)控制器，這使得用CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)C8051F0 60具有開(kāi)發(fā)費用低廉、抗干擾性強、可適用于工業(yè)現場(chǎng)應用等特點(diǎn)。
本設計選用的頻率合成芯片AD9834是AD公司生產(chǎn)的具有高集成度、低功耗的直接數字頻率合成器，它使用的DDS技術(shù)是一種利用正弦信號
相位隨時(shí)間線(xiàn)性增加的原理，并由數字累加和數／模轉換來(lái)合成所需頻率的技術(shù)。它主要由數控振蕩器(NCO)、相位調制器、正弦查詢(xún)表ROM
和1個(gè)10位D／A轉換器組成。數控振蕩器和相位調制器主要由2個(gè)頻率選擇寄存器、1個(gè)相位累加器、2個(gè)相位偏移寄存器和1個(gè)相位偏移加法器構成，其最高工作頻率可達50 MHz。在參考時(shí)鐘1MHz下的頻率分辨率達0．004 Hz。同時(shí)，AD9834還具有三總線(xiàn)串行(SPI)接口，可以較好地與DSP或單片機兼容，并可以輸出正弦波、三角波和方波信號。