基于單片機和FPGA的頻率特,tt測試儀

3．3 比較器電路
在輸入／輸出端信號經(jīng)無(wú)限放大進(jìn)入過(guò)零比較器，產(chǎn)生與兩信號同步變化的方波信號，可提供給FPGA進(jìn)行相位差計數。過(guò)零比較器無(wú)相位延遲，其方波信號完全反應進(jìn)、出網(wǎng)絡(luò )的相位差。MAX912是MAXIM公司的雙通道高速低功耗、高精度電壓比較器。該器件傳播速度快(典型值為10 ns)，功耗低(單個(gè)比較器工作電流為6 mA)，每個(gè)比較器均有獨立的鎖存使能功能。由于FPGA對相位的測量是基于對下降沿的檢測，為了產(chǎn)生邊沿陡峭的方波，因此，選用MAX912組成的高速過(guò)零比較器，其電路如圖4所示。

4 軟件設計
圖5為系統軟件設計流程圖，首先系統初始化，主要是初始化LCD菜單顯示，這樣可便于根據LCD菜單進(jìn)行按鍵操作。然后系統可根據默認頻率范圍(100 Hz~1 000 kHz)掃描，如果無(wú)其他按鍵，則示波器顯示待測網(wǎng)絡(luò )在該默認頻率范圍的頻率特性曲線(xiàn)。當有按鍵下，CPU產(chǎn)生中斷進(jìn)行按鍵處理，改變掃描參數。系統配置主要有4種按鍵處理情況，若左右頻率設置則改變最小最大頻率，即改變掃描范圍；若步進(jìn)設置，則改變掃描步進(jìn)，最小步進(jìn)設置為10 Hz；若設置為快掃和慢掃，快掃速度快實(shí)時(shí)性好，而慢掃精度高但速度慢；若特定頻率點(diǎn)測量，則LCD顯示該網(wǎng)絡(luò )在單個(gè)頻率點(diǎn)的幅度特性和相位特性。按鍵設置完畢，系統按照設定參數掃描和測試，示波器和LCD顯示新結果并等待新的按鍵操作。

5 測量結果
在此基礎上設計一個(gè)雙T網(wǎng)絡(luò )。由于雙T濾波網(wǎng)絡(luò )是屬于帶阻濾波器，若輸入某一頻率信號，該電路發(fā)生諧振而使其不能通過(guò)，但輸入其他頻率信號基本都可通過(guò)，但幅值有所衰減。采用阻抗星形三角形變換法，該雙T網(wǎng)絡(luò )可等效為簡(jiǎn)單的π型網(wǎng)絡(luò )。利用Matlab仿真，得到雙T濾波網(wǎng)絡(luò )幅頻特性曲線(xiàn)和相頻特性曲線(xiàn)，如圖6所示。

通過(guò)實(shí)驗測試數據可知，雙T網(wǎng)絡(luò )的中心頻率在50 kHz左右。在中心頻率上，相頻特性出現突變，由負相位特性最大值突變?yōu)檎辔粯O大值。幅頻特性曲線(xiàn)在中心頻率上出現極小值，衰減大，在其帶寬范圍之外網(wǎng)絡(luò )衰減比較小。因此，利用該系統設計可直觀(guān)顯示出一個(gè)網(wǎng)絡(luò )的頻率特性。

6 結語(yǔ)
該系統設計可以方便地測量未知網(wǎng)絡(luò )在中低頻的幅頻特性和相頻特性的曲線(xiàn)，并在示波器顯示。該系統設計有助于學(xué)生理解電子線(xiàn)路理論知識，有利于自主開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易的測量?jì)x器。