文档介绍：简易幅频特性测试仪
摘要
根据题目要求,设计了一种幅频特性测试仪。采用精度为8位的DAC芯片DA0832,产生有效值为1V的正弦波。采用具有10位ADC功能的单片机STC12C5A60S2,实现被测信号的检测。采用运算放大电路,实现提高输入阻抗和降低输出阻抗的目的。采用按键功能,可设定输出正弦波的频率。经测试,该幅频测试仪能够输出有效值为1V的正弦波、无明显失真、全频段幅度误差在%,输出正弦波的频率范围为100-10kHZ、误差为%,交流信号的测量精度为%、,输出阻抗小于10Ω,输入阻抗大于100k。
关键词: DAC0832 10位ADC 频率可调正弦波
目录
1方案论证与比较 1
1
2
2 系统设计 5
总体设计 5
硬件电路设计 5
5
8
透明胶被拉动距离测量模块 8
3 软件设计 10
算法的标定实验 10
软件流程 14
4系统测试 16
测试仪器、设备 16
测试方法步骤与结果分析 17
17
17
5 结论 18
参考文献: 19
附录: 20
附1:电路图 20
附2:实验测试图 21
附3:实物图 22
1方案论证与比较

根据题目的要求,该幅频特性测试仪的功能是能够输出可调频率的正弦波给被测电路,并测量经过测量电路后的正弦波信号的变化,从而得出被测电路的幅频特性。
其原理:当被测电路的输入为正弦信号时,则输出的稳态响应也是一个正弦信号,其频率和输入信号的频率相同,但幅度和相位发生了变化,而变化取决于角频率X。若把输出的稳态响应和输入正弦信号用复数表示,并求它们的复数比,则得公式(1-1):
(1-1)
其中G(j)称为频率特性,A()是输出信号的幅值与输入信号幅值之比,称为电路网络幅频特性。ej()是输出信号的相角与输入信号的相角之差,称为相频特性。其中,电路幅频特性是电路网络的一个重要特性,本文探讨电路网络幅频特性参数的测试。在实际测量中,用一个随着时间按一定规律,并在一定频率范围内扫动的信号对被测电路进行快速、定性或定量的动态测量,给出被测电路网络的电路网络幅频特性实时测量结果。测量原理见图1-1:
图1-1 测量原理
为了显示被测电路在不同频率下,输出信号对输入信号的放大倍数图像,必须要有显示模块。
为了能控制仪器输出不同范围的频率,必须要有按键输入模块。
图1-2 幅频特性测试仪原理框图
经以上总体思路分析,得出以下系统原理图,如图1-2所示。由本系统产生正弦激励信号去激励被网络,通过采集输入被测网络之前的信号幅值与从被测网络出来的信号的幅值,相除得到被测对各频率正弦信号的增益情况,从而得出被测网络的电路网络幅频特性。

根据幅频特性测试仪原理框图可知,该测试仪主要由四部分组成,分别为正弦波发生模块、控制模块、交流信号幅值检测模块和显示模块。下面对这四部分进行方案的选择与论证。
(1)正弦扫频信号发生模块方案
正弦扫频信号发生器是本设计的核心部分。要求能产生优于5HZ误差的频率,且在100HZ~10KHZ范围内,步进为100HZ。
方案一:采用传统的直接频率合成法合成。经过混频、倍频、分频网络和带通滤波器完成对频率的算术运算。但由于采用大量的模拟环节,导致直接频率合成器的结构复杂,体积庞大,成本高,而且容易引入干扰,影响系统的稳定性,难以达到较高的频谱稳定性。
方案二:采用锁相环间接频率合成(PLL)。虽然具有工作频率高、宽带、频谱质量好的优点,但是由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间较长,故频率转换时间较长,很难满足系统要求的高速度指标。另外,由于模拟方法合成的正弦波参数都很难控制,不易实现。
方案三:采用直接数字式频率合成(DDS)。其原理如图1-3所示,用控制芯片的存储器储存的所需波形量化数据,按不同频率要求,以频率控制字为步进对相位增量进行累加,以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的波形数据,经过D/A转换和幅度控制,再滤波即可得到所需波形。由于DDS具有带宽很宽,频率转换时间极短(小于20μs),频率分辨率高,全数字化结构便于集成等优点,以及输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控,完全可以满足本题目的要求。DDS有着较多的优点,但是DDS技术也有内在的缺陷——杂散噪声。
图1-3 DDS原理框图
为了全面实现题目的要求,选择最合适的三号方案作为正弦波扫频信号发生器的核心,实现高速、高精度、高稳定性的正弦信号输出。