基于單片機控制的頻率特征測試儀設計

2.2 幅頻和相頻特性設計

　　幅頻特性測試電路由峰值檢波器和D／A轉換器組成。峰值檢波器由“運放”和檢波二極管構成。如圖3所示。他將被測網(wǎng)絡(luò )的輸出信號峰值檢出來(lái)(代表網(wǎng)絡(luò )幅頻規律)，送往8位ADC0809模數轉換器，數字化后再送單片機AT89C51進(jìn)行處理。

　　幅頻特征測試中常用的檢波方式有峰值檢波和有效值檢波。但由于有效值檢波無(wú)法達到設計要求的500 Hz～10 kHz頻率變化范圍，所以采用峰值檢波。利用有源峰值檢波器實(shí)現峰值測量，峰值檢波器將被測網(wǎng)絡(luò )的輸入和輸出信號的峰值檢出，再送至A／D轉換器完成量化。實(shí)際上，由于信號源的D／A及低通濾波器的特性能保證在100 Hz～100 kHz范圍內的幅值保持不變，所以可以省去一路峰值檢波器及A／D，而只采集被測網(wǎng)絡(luò )的輸出信號。

　　相頻特性測試電路(框圖如圖4)由兩個(gè)過(guò)零比較器、鑒相器、低通濾波器和A／D轉換器組成。兩個(gè)比較器由“運放”構成過(guò)零信號比較器，分別將被測網(wǎng)絡(luò )的輸入、輸出正弦信號轉換為數字信號。

　　鑒相器采用ETESTER實(shí)現。鑒相出被測網(wǎng)絡(luò )的輸入、輸出信號的相位差信號，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波得到被測網(wǎng)絡(luò )的相移信號，送至ADC0809進(jìn)行模數轉換成數字量，再送到單片機進(jìn)行處理。由鑒相器輸出的脈沖信號的占空比與這兩路信號的相位差成正比，即：

相位差=N1／(N1+N2)×360°

　　其中N1是高電平脈寬時(shí)間內的計數值，N2是低電平脈寬時(shí)間內的計數值。兩路同頻率不同相位的時(shí)鐘信號PA和PB通過(guò)鑒相器epd后，將輸出一路具有不同占空比的脈沖波形。其頻率與輸入頻率相同，而占空比與PA和PB信號上升沿的時(shí)間有關(guān)。epd的脈寬等于PB和PA信號上升沿的時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差即為PB，他正好等于epd的占空比乘以360°。

2.3 頻率特征的顯示和打印

　　頻率特性測試儀設計中包含兩種顯示方式，一種為L(cháng)ED顯示數值，并可打印輸出；另一種為用示波器顯示頻率特性曲線(xiàn)。我們參考的打印方式是在系統中設計一個(gè)RS 232串行口，利用MCU的串口功能實(shí)現與單片機AT89C51通訊，利用PC機的打印控制功能完成打印。

　　一般的示波器是輸入模擬電壓信號，即要將已經(jīng)測量得到的幅頻特性和相頻特性數據經(jīng)D／A轉換為模擬電壓量。因為使用單通道示波器顯示幅頻和相頻兩條曲線(xiàn)，所以可以使兩條曲線(xiàn)分時(shí)顯示在屏上的不同位置。為了便于觀(guān)察，當輸出幅頻特性數據顯示在屏幕上方時(shí)，可在D／A的輸出相迭加一個(gè)正電壓，由于示波器的掃描速度很快，相頻看起來(lái)和幅頻兩條曲線(xiàn)同時(shí)顯示在屏幕上。

3 結語(yǔ)

　　該系統體積較小，由于選用的單片機是AT89C51，且單片機系統的程序較短，所以無(wú)需擴展EPROM和RAM。另外，由于使用了DDS集成電路來(lái)產(chǎn)生掃頻信號，所以?huà)哳l信號的質(zhì)量高，掃頻范圍較寬。但是，因為該系統使用的是點(diǎn)頻法測量網(wǎng)絡(luò )的頻率特性，系統測繪時(shí)間略長(cháng)。若要提高系統的掃頻范圍，可用輸出頻率更高的DDS器件。

　　實(shí)驗表明，該系統穩定可靠，顯示打印的幅頻特征曲線(xiàn)與傳統掃頻儀所測得的曲線(xiàn)相符，繪制的頻率特性圖與理論一致。軟件的操作使用和圖形數據的處理非常方便，整個(gè)儀器的使用非常簡(jiǎn)單，是模擬式掃頻儀無(wú)法相比的。