简易频率特性测试仪

简易频率特性测试仪（E题）

2013年全国电子设计大赛

摘要：本频率特性测试仪由AD9854为DDS频率合成器，MSP430为主控制器，根据零中频正交解调原理对被测网络针对频率特性进行扫描测量，将DDS 输出的正弦信号输入被测网络，将被测网络的出口信号分别与DDS输出的两路正交信号通过模拟乘法器进行乘法混频，通过低通滤波器取得含有幅频特性与相频特性的直流分量，由高精度A/D转换器传递给MSP430主控器，由MSP430对所测数据进行分析处理，最终测得目标网络的幅频特性与相频特性，同时通过LCD绘制相应的特性曲线，从而完成对目标网络的特性测试。本系统具有低功

耗，成本低廉，控制方便，人机交互友好，工作性能稳定等特点，不失为简易频率特性测试仪的一种优越方案。

关键字：DDS9854，MSP430，频率特性测试

目录

一、设计目标 (3)

1、基本要求： (4)

2、发挥部分： (4)

二、系统方案 (4)

方案一 (5)

方案三 (5)

方案二 (5)

三、控制方法及显示方案 (5)

四、系统总体框图 (6)

五、电路设计 (6)

1、DDS模块设计 (6)

2、DDS输出放大电路 (7)

3、RLC被测网络 (8)

4、乘法器电路 (8)

5、AD模数转换 (9)

六、软件方案 (10)

七、测试情况 (11)

1、测试仪器 (11)

2、DDS频率合成输出信号： (11)

3、RLC被测网络测试结果 (12)

4、频谱特性测试 (12)

八、总结 (12)

九、参考文献 (12)

十、附录 (13)

一、设计目标

根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性。

1、基本要求：

制作一个正交扫频信号源。

（1）频率范围为1MHz~40MHz，频率稳定度≤10-4；频率可设置，最小设置单位100kHz。

（2）正交信号相位差误差的绝对值≤5o，幅度平衡误差的绝对值≤5%。

（3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。

（4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进100kHz；要求连续扫频输出，一次扫频时间≤2s。

2、发挥部分：

（1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。

a.输入阻抗为50?，输出阻抗为50?；

b.可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值≤0.5dB，相频测量误差的绝对

值≤5o；数据显示的分辨率：电压增益0.1dB，相移0.1o。

（2）制作一个RLC串联谐振电路作为被测网络，其中Ri和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。

a.要求被测网络通带中心频率为20MHz，误差的绝对值≤5%；有载品质因

数为4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥ -1dB；

b.扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB 带宽，频率数据显示

的分辨率为100kHz；

c.扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移

和频率坐标刻度。幅频特性曲线的纵坐标为电压增益（dB）；相频特性曲线的纵坐标为相移（o）；特性曲线的横坐标均为线性频率（Hz）。发挥部分中，一次线性扫频测量完成时间≤30s。

（3）其他。

二、系统方案

图1 系统方案

方案一

方案一对DA的转换速率要求过高，市售DA速率根本无法达到题目要求，对主控芯片主频及驱动时钟频率要求过高，而且成本较高，故放弃方案一。

方案三

方案三中虽然采用DDS9854做信号源，想法较好，通过数字处理可以得到更好的结果，但考虑到信号最高频率达到40M，为保证奈奎斯特采样定律，至少应使用80M采样率的AD，考虑到高速AD价格不菲，所以不宜采用方案三。

方案二

综合考虑，方案二成本较低，且效果较好，前期通过模拟电路处理，最后通过低速AD送入单片机处理即可完成题目要求，整个方案保持低成本、低功耗，工作性能稳定，故选方案二。

三、控制方法及显示方案

对DDS9854定性分析并设计外围电路制作PCB板，可以实现峰峰值200~400mV两路正交信号输出。为满足输出信号峰峰值在1V以上，我们采用THS3001高速运放搭建宽带放大器连接在9854输出端，提供6.1倍增益。同时为满足正交信号相位误差和幅度平衡误差要求，两路宽带放大器电路应尽可能相同。另外为满足1~40MHz输出信号幅度平坦度在5%以内，宽带放大器应具有尽可能平坦的通带增益。利用MSP430单片机对DDS9854进行控制，并通过12864液晶屏显示菜单交互界面，满足直接设置频率、连续扫频输出、可调节步进输出等题目要求功能。

发挥部分中，设两路正交信号分别为V1=Acosωt与V2=Asinωt，且余弦信号经过待测网络后变为V x=ABcos(ωt+φ)。计算可知：

V1V x=1 2A2Bcos(2ωt+φ)+1 2A2Bcosφ

V2V x=1 2A2Bsin(2ωt+φ)-1 2A2Bsinφ

因此，如果将相乘所得信号经过低通滤波器滤出直流分量I=1 2A2Bcosφ和Q=-1 2A2Bsinφ，则可以计算出1 2A2B=√(I2+Q2)，φ=-arctan(Q/I)，由此可以得出频率f=ω/2π处待测网络的幅频与相频响应。在扫频模式下，每隔100KHz记录下一个频率点的响应，即可绘出待测网络的幅频与相频曲线。

在实际设计中，我们先将余弦信号送入被测网络，网络输出分为两路，分别与原正弦、余弦信号利用AD835高速模拟乘法器相乘。将此时两路输出信号各自经过低通滤波滤出直流分量。由于乘法器所得直流分量较小，约20~50mV，因此我们在低通滤波器之后加入了由低失调电压运放OP27搭建的放大器，将直流信号放大到200~500mV。此时信号需要经过AD转换送入单片机进行处理，我们打算采用高精度AD TLC2543完成。由于TLC2543只支持单极性输入，而I与Q极性无法事先确定，所以我们在AD转换之前加入了由LM385电压基准和AD817组成的加法器模块提供2.5V偏置。数字信号送入单片机后，由单片机分析数据得到直流信号中包含的频率与相位信息，通过320×240分辨率的TFT彩屏分两屏绘制出被测网络的幅频相频曲线。

四、系统总体框图

图2 系统总体框图

五、电路设计

1、DDS模块设计

DDS模块的设计是本系统的重点。DDS模块主要是围绕芯片AD9854进行设计的，设计要求既要满足性能指标，还要求优化电路，减小电路面积，改进布

线布局，否则造成输出不稳将使得后续方案无法继续进行。下面先介绍AD9854的基本特性。

如图所示，AD9854内部包括一个具有48位相位累加器、一个可编程时钟倍频器、一个反sinc滤波器、两个12位300MHz DAC，一个高速模拟比较器以及接口逻辑电路。

式

参考时

钟输入

Ｄ更新

读信号

写信号

行选择复位源地比较

器输入模拟

信号输出模拟

信号输出比较

器输出

图3 AD9854功能结构框图

其主要性能特点如下：

1) 高达300MHz的系统时钟；

2) 能输出一般调制信号，FSK，BPSK，PSK，CHIRP，AM等；

3) 100MHz时具有80dB的信噪比；

4) 内部有4×到20×的可编程时钟倍频器；两个48位频率控制字寄存器，

能够实现很高的频率分辨率。两个14位相位偏置寄存器，提供初始相

位设置。

5) 带有100MHz的8位并行数据传输口或10MHz的串行数据传输口。2、DDS输出放大电路

前端放大用宽带放大器THS3001，放大6.1倍，为满足输入输出端阻抗匹配以及仪器输出阻抗要求，需要在输入、输出端接入50Ω电阻，如图所示，两路信号均进入放大器。

图4 THS3001放大电路

3、RLC被测网络

放大器输出余弦信号分为两路，一路进入待测网络，待测网络如图

图5 RLC待测网络

其中R约为0，R o为放大器输出阻抗50欧，R i也为50欧，为后级电路的输入电阻。中心频率f0=1/(2π√LC)，品质因数Q=(1/R)√(L/C)。经理论计算，L取3.51uH，C取18pF，实验得中心频率为20.08MHz，最大增益为-0.48dB，满足题目要求。

4、乘法器电路

图6 AD835电路

采用高速模拟乘法器AD835，其基本传递函数为W=XY+Z。实验中将X2、Y2、Z接地，即可实现乘法功能。由于频率较高，乘法器电源不仅需要电容去耦，还要加入磁珠，以抑制电源线上产生的高频干扰。同时需注意两路乘法器电路尽可能对称，避免其输入输出关系产生差异。

5、AD模数转换

图7 TLC2543电路

如图，为TLC2543 AD转换器连接图，其中CH1为信号输入端，CLK、DATAIN、DATAOUT、CS与MSP430连接，通过串口传输数据，REF+连接至电源电压Vcc，REF-连接至GND。

图8 TLC2543时序图

图示为MCU对TLC2543的操作时序，在CS片选端为低电平的情况下，单片机提供CLK则TLC2543开始工作，在连续十二个时钟期间，单片机写入相应

的控制字，控制单、双极性输出，MSB或LSB前导等数据格式。与此同时，TLC2543与时钟同步输出上一次的12位转换结果。

六、软件方案

本系统中共用到两片MSP430F149，一片用作DDS主控端，通过与AD9854I/O交互，实现题设要求DDS输出各个功能模块，并以液晶屏幕及键盘交互的模式提供友好的人机界面，为使用者提供稳定且便利的用户体验。

另一片MSP430F149位于整个系统的后端，发挥数据处理以及结果显示的作用，通过对被测网络的测量结果分析，绘制出被测网络的幅频及相频特性曲线。

另外，我们知道，扫频过程中，当前扫频频率是数据处理的要素之一，因此DDS端MSP430F149在不断扫频时，通过串口通信协议实时告知数据处理端MSP430F149当前扫频频率，便于后者将获取的特性数据与对应频率一一对应，从而成功将被测网络特性曲线描绘至TFT屏幕。

以下分别为DDS端MSP430F149与数据处理端MSP430F149软件流程图：

图9 DDS主控流程图

图10 MCU显示流程图

七、测试情况

1、测试仪器

直流稳压稳流电源：型号GPD—3303

DDS合成信号发生器：型号EE1461

五位半数字万用表：型号FLUKE8808A

200M数字存储示波器：型号Tektronix TDS2022B

自制简易频谱特性测试仪（含LCD显示频谱特性）高性能射频一体化矢量网络分析仪：型号AV3620A

2、DDS频率合成输出信号：

数据基本满足题目要求。

3、RLC被测网络测试结果

中心频率20.08M,有载最大增益为-0.48dB，有载品质因数为3.83，满足题目要求。

4、频谱特性测试

使用高性能矢量网络分析仪分析所准备的RLC待测网络，记录网络实际频率特性数据；再用自制频率特性仪测量相应数据，记录在同一张表中，分析频率特性测试仪性能。数据如下

基本满足题目要求，幅频显示分辨率0.1dB，相位显示分辨率0.1°，扫频步进100kHz，并能显示出网络中心频率与-3dB带宽，一次扫频时间≤30s。

八、总结

本频率特性测试仪以DDS合成器AD9854为正交扫频信号源，经过AD835高速模拟乘法器进行运算，实现了利用双路正交信号对待测网络幅频、相频响应的测量。经过三个人四天三夜的团结合作，我们的简易频率特性测试仪终于实现了大部分功能，指标基本完成，深深感受到竞赛带给自己的收获，愿竞赛永远维持下去，给更多学子带来收获。

九、参考文献

1.MSP 430单片机原理与应用实例详解（作者：洪利章扬李世宝）

2.电子技术基础（主编：康华光）

3.高频电子线路（主编：张肃文）

4.电子设计教程（主编：黄根春）

十、附录

ADS9854官方评估板原理图

电子频率计课程设计报告

物理与电子工程学院 课程设计 题目:简易频率计 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 数字频率计数器

电子工程师经常需要测量频率、时间间隔、相位和对事件计数，精确的测量离不开频率计数器或它的同类产品，如电子计数器和时间间隔分析仪。 频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。 频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。 衡量频率计数器主要指标是测量范围、测量功能、精度和稳定性，这些也是决定价格高低的主要依据。 关键词：频率计；数码管；锁存器；计数器；定时器

1课程设计目的 (1) 2课程设计的指标 (1) 3课程设计报告内容 (1) 3.1设计方案的选定与说明 (1) 3.1.1方案的设计与论证 (2) 3.2论述方案各部分工作原理 (3) 3.2.1时基电路 (3) 3.2.2计数器 (5) 3.2.3锁存器 (6) 3.3设计方案的图表 (7) 3.3.1设计原理图 (7) 3.4编写设计说明书 (8) 3.4.1设计说明 (8) 3.4.2性能技术指标与分析 (9) 4仿真结果 (10) 5总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录A 元器件清单 (13) 附录B 设计电路 (13)

频率特性测试仪(精)

频率特性测试仪 摘要:本频率特性测量仪以 MSP430单片机为控制核心,由信号源、被测双 T 网络、检波电路、检相电路及显示等功能模块组成。其中,检波电路、检相电路由过零比较器、鉴相器、有效值检波器、 A/D、 D/A转换器等组成;被测网络采用带自举功能的有源双 T 网络;同时本设计还把 FPGA 作为 MCU 的一个高性能外设结合起来, 充分发挥了 FPGA 的高速信号处理能力和 MCU 的复杂数据分析能力;通过DDS 可手动预置扫频信号并能在全频范围和特定频率范围内为自动步进测量, 在数码管上实现频率和相位差的显示, 以及实现了用示波器观察幅频特性和相频特性。 关键词:单片机; DDS ;幅频特性;相频特性 一、方案比较与论证 1. 方案论证与选择 (1系统总体方案描述 该系统以单片机和 FPGA 为控制核心,用 DDS 技术产生频率扫描信号,采用真有效值检测器件 AD637测量信号幅度。在 FPGA 中,采用高频脉冲计数的方法测量相位差,经过单片机运算,可得到 100 Hz ~100 kHz 中任意频率的幅频特性和相频特性数据, 实现在该频段的自动扫描, 并在示波器上同时显示幅频和相频特性曲线。用键盘控制系统实现各种功能, 并且在 LCD 同步显示相应的功能和数据。系统总体设计框图如图 1所示。

图 1 系统总体框图 (2扫描信号源发生器 方案一:采用单片函数发生器。其频率可由外围电路控制。产生的信号频率 稳定度低,抗干扰能力差,灵活性差。 方案二:采用数字锁相环频率合成技术。但锁相环本身是一个惰性环节, 频率转换时间长, 整个测试仪的反应速度就会很慢 , 而且带宽不高。其原理图如图 2所示: 图 2 PPl原理图 方案三:采用数字直接频率合成技术 (DDFS。以单片机和 FPGA 为控制核心 , 通过相位累加器输出寻址波形存储器中的数据 , 以产生固定频率的正弦信号。该方案实现简单,频率稳定,抗干扰能力强。其原理图如图 3所示:

自适应频率计设计说明书

自适应数字频率计 设 计 说 明 书 负责人：张赟颍 队员：黄蜀宾、熊华竞

目录 1、项目介绍................................................................................................................................ - 1 - 2、制作流程图............................................................................................................................ - 1 - 2.1 项目制作流程如下：................................................................................................... - 1 - 2.2 项目时间进度安排如下：........................................................................................... - 1 - 3、系统功能分析........................................................................................................................ - 2 - 3.1 系统的功能模块框图................................................................................................... - 2 - 3.2 分频模块....................................................................................................................... - 3 - 4.选频模块: ......................................................................................................................... - 5 - 5. 控制模块......................................................................................................................... - 7 - 6 数码管显示.................................................................................................................... - 13 - 7、软件设计.............................................................................................................................. - 13 - 7.1 软件流程图................................................................................................................. - 13 - 8.软件代码介绍......................................................................................................................... - 14 - 9、附件...................................................................................................................................... - 19 - 9.1 系统的原理图............................................................................................................. - 19 - 系统PCB图...................................................................................................................... - 20 -

简易频率特性测试仪毕业设计论文

题目简易频率特性测试仪 电子工程系应用电子技术专业应电二班

简易频率特性测试仪 摘要：简易频率特性测试仪是以51单片机为控制核心的一种测量频率的仪器，具有 较宽的可测试带宽。电路由正交扫频信号源、被测网络、混频器、低通滤波器、ADC以及液晶显示部分组成。正交扫频信号源AD9854采用DDS技术产生高稳定的频率、相位、幅度可编程调制的正弦和余弦信号。被测网络是一个RLC串联谐振电路，其前后分别添加电压跟随器和电阻网络使其与相邻电路电阻匹配。混频器采用性能高，功耗低的SA602A，将信号源输出的正余弦信号与经过被测网络出来的处理信号进一步处理，产生高频与低频两种信号。低通滤波器采用max274芯片过滤较高频信号，外接元件少，参数调节方便，也具有良好的抗干扰性。ADC选用AD8317外置，提高AD转换性能。整体电路实现了测量较高频率信号的频率测量及幅频特性与相频特性的显示。 关键词：DDS技术、中频正交解调原理、RLC振荡电路。 Abstract：Simple frequency characteristic tester is a metrical instrument which is operated by 51 single chip computer, It has a wide bandwidth. The circuit is composed of orthogonal frequency sweep signal source, the measured network, mixer, low-pass filter, ADC and liquid crystal display part. Orthogonal frequency sweep signal source AD9854 using DDS technology to produce frequency, phase, amplitude and high stability of the programmable modulation sine and cosine signal. The measured network is a RLC series resonant circuit, a voltage follower and the resistor network to match the adjacent circuit resistance respectively before and after adding the. The mixer uses high performance, low power SA602A, the sine and cosine signal source output and the processed signal measured network for further processing, to produce high and low frequency signal two. Low pass filter using MAX274 chip filter high frequency signals, less external components, easy to adjust the parameters, and also has good anti-interference performance. ADC use AD8317 external, enhance AD conversion performance. The whole circuit of the display frequency measurement and the amplitude frequency characteristic measurement of high frequency signal and the phase frequency characteristic. Keywords：DDS technology、Quadrature demodulation, RLC oscillating circuit.

简易频率特性测试仪

简易频率特性测试仪（E题） 2013年全国电子设计大赛 摘要：本频率特性测试仪由AD9854为DDS频率合成器，MSP430为主控制器，根据零中频正交解调原理对被测网络针对频率特性进行扫描测量，将DDS 输出的正弦信号输入被测网络，将被测网络的出口信号分别与DDS输出的两路正交信号通过模拟乘法器进行乘法混频，通过低通滤波器取得含有幅频特性与相频特性的直流分量，由高精度A/D转换器传递给MSP430主控器，由MSP430对所测数据进行分析处理，最终测得目标网络的幅频特性与相频特性，同时通过LCD绘制相应的特性曲线，从而完成对目标网络的特性测试。本系统具有低功

耗，成本低廉，控制方便，人机交互友好，工作性能稳定等特点，不失为简易频率特性测试仪的一种优越方案。 关键字：DDS9854，MSP430，频率特性测试 目录 一、设计目标 (3) 1、基本要求： (4)

2、发挥部分： (4) 二、系统方案 (4) 方案一 (5) 方案三 (5) 方案二 (5) 三、控制方法及显示方案 (5) 四、系统总体框图 (6) 五、电路设计 (6) 1、DDS模块设计 (6) 2、DDS输出放大电路 (7) 3、RLC被测网络 (8) 4、乘法器电路 (8) 5、AD模数转换 (9) 六、软件方案 (10) 七、测试情况 (11) 1、测试仪器 (11) 2、DDS频率合成输出信号： (11) 3、RLC被测网络测试结果 (12) 4、频谱特性测试 (12) 八、总结 (12) 九、参考文献 (12) 十、附录 (13) 一、设计目标 根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性。

单片机简易频率计课程设计

前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明： (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)

附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)

前言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值；最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。

一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端，将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里，对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的个数，因此采用上述各种方案

简易频率特性测试仪最终报告

2013年全国大学生电子设计竞赛简易频率特性测试仪（E） 2013年9月7日

摘要 该频率特性测量仪采用DDS控制核心外加乘法电路、滤波电路、AD转换电路、以及测量电路。主要由正交扫频信号发生器、乘法器、低通滤波器、AD转换、显示等功能模块组成。在本系统中利用51单片机控制DDS芯片AD9854实现信号发生，从而达到输出频率、相位、幅度可控的正交扫频信号。然后，制作一个频率特性测试仪，用来测量产生的扫频信号的有关信息，并正确显示。为了了解检测电路的特性，最后做一个RLC被测网络。使用测量电路测量被测网络的有关电器参数，同时可以通过对电路优化来提高该测量仪的测量精度。 关键字：DDS AD9854 正交扫频

目录 1系统方案 (1) 1.1 正交扫频信号源的论证与选择 (1) 1.2 相频特性的论证与选择 (2) 1.3 幅频特性的论证与选择 (3) 2系统理论分析与计算 (4) 2.1 系统总体方案的分析 (4) 2.1.1 采用DSP方式 (4) 2.1.2 直接利用已有信号源给系统，比较输入输出 (5) 2.2有关零中频原理的计算 (5) 3电路与程序设计 (6) 3.1电路的设计 (6) 3.1.1系统总体框图 (6) 3.1.2 扫频信号子系统框图与电路原理图 (7) 3.2程序的设计 (8) 3.2.1程序功能描述与设计思路 (8) 3.2.2程序流程图 (9) 4测试方案与测试结果 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：源程序 (12) 参考文献 (18)

简易频率特性测试仪（E题） 【本科组】 1系统方案 本系统主要由信号发生器模块、乘法电路模块、解调模块、显示测量模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1 正交扫频信号源的论证与选择 方案一：单片函数发生器 利用单片函数发生器配合外部分立元件输出频率，通过调整外部元件可改变输出频率。缺点：发生器输出频率稳定度差、精度低、抗干扰能力低、灵活性差，成本也高。 方案二：锁相环频率合成技术 晶振 程序分频器压控振荡器 低通滤波器 鉴相器 fr fd fo 图1.1 PPL原理图 通过改变程序分频器的分频比，则可改变压控振荡器的输出频率fo，从而获得大量可供利用的频率稳定度等同于参考频率的频率点，这里输出频率fo只能以参考频率fr为步长进行变化。缺点：现有集成PLL的VCO一般都产生方波，而不是正弦波，而且在不改变VCO电容的情况下，要达到1MHZ～40MHZ的频率范围有很大困难，所以我们不予采用。 方案三：DDS产生编程控制的信号源

数字频率计的设计说明书

数显频率计设计任务书 ⑴硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计。 ⑵软件设计：根据硬件设计完成显示功能要求，完成控制软件的编写与调试； ⑶功能要求：用89C51单片机的定时器/计数器的定时和计数功能，外部扩展6 位 LED数码管，要求累计每秒进入单片机的外部脉冲个数，用LED数码 管显示出来。

目录 摘要............................................................................................................ .. (4) 1. 绪论............................................................................................................ . (4) 2. 设计要求及方案选 (6) 1.1 设计要求 (6) 1.2 方案选择 (6) 3．系统电路设计 (7) 3.1 基于单片机的数字频率计的原理 (7) 3.2 单片机的概述及引脚说明 (8) 3.3 单片机的最小系统 (9) 3.4 单片机的定时\计数 (9) 3.5 定时器\计数器的四种工作方式 (10) 3.6 主要程序段及软件流程图设计 (12) 3.6.1 流程图 (12) 3.6.2 源程序 (14) 结论............................................................................................................ (16) 致谢......................................................................................................... .. (17) 参考文献................................................................................................................. . (18) 附录........................................................................................................... .. (19)

电工电子技术课程设计说明书简易数字频率计设计

摘要 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称基础时间为1秒。基础时间也可以大于或小于一秒。基础时间越长，得到的频率值就越准确，但基础时间越长则没测一次频率的间隔就越长。基础时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。本文数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。 关键词：数显、频率计、时基、protues仿真、555构成多谐振荡器 简易数字频率计的设计 数字频率计是直接用十进制数字来显示被测量信号频率的一种测量装置，

它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖端冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。 频率，就是周期性信号在单位时间 (1s) 内变化的次数．若在一定时间间隔 T 内测得这个周期性信号的重复变化次数为 N ，则其频率可表示为 f=N/T 。原理框图中，被测信号 Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，其高电平持续时间t1=1s,当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束时闸门关闭，停止计数。若在基础时间1S内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲Ⅳ，使显示器上的数字稳定；二是产生“0”脉冲Ⅴ，使计数器每次测量从零开始计数。 1.电路设计方案及其论证

1-1 ICM7216D 构成数字频率计电路图 由ICM7216D 构成的数字频率计 由ICM7216D 构成的10MHZ 频率计电路采用+5V 单电源供电。高精度晶体振荡器和321R C C 、、构成10MHz 并联振荡电路，产生时间基准频率信号，经内部分频后产生闸门信号。输出分别连接到相应数码显示管上。ICM7216D 要求输入信号的高电平大于，低电平小于，脉宽大于50ns ，所以实际应用中，需要根据具体情况增加一些辅助电路。 优点：这个电路由于芯片集成度相对较高，所以电路设计较为简单，操作比较简单。而且精确度高。 缺点：对于芯片不太熟悉，而且由于集成度太高，缺少电路设计，仿真软件中并没有这个芯片。由于输出级需要相应的辅助电路，为电路设计带来很大麻烦。

简易信号测量仪(C1题)

简易信号测量仪（C1题） 摘要 本系统以单片机为核心设计了一种用于测量频率、周期、脉宽、占空比、峰峰值的简易信号测量仪，其中还可分辩正弦波与方波，利用单片机的数学运算和控制功能，结合部分中规模数字电路，实现测量中的功能自动切换。各项实测表明，设计原理正确合理，指标符合设计要求。 Abstract Abstract A simple signal instrument base on a microcontroller can measure frequency, period, pulse width , duty cycle and Vpp, and can differentiate sine wave from square wave .By taking full use of the microcontroller and by combining some middle scale IC, can switch automatically among different function. The test shown that the theory is correct and reasonable, and index satisfy the requirement of design.

一、方案比较及论证 1、方案比较 方案一：系统测频部分采用中小规模数字集成电路，对输入信号作分频整形处理后，再与1s脉宽的标准信号相与，其输出作为计数脉冲，由计数器计数，然后锁存、译码输出到数码管显示。该方案的特点是硬件电路简单，但工作速度低，精度差，难以达到设计要求，而且不能测量周期与占空比。 2、 二、 1、 图中晶振提供测量的时间基准，经分频后产生准确地时间间隔T，作为门控信号去开启与关闭时间闸门。闸门开启时，被测信号经过放大整形后，进入计数器进行计数，闸门关闭时，停止计数。若在时间间隔T内，计数值为N，则被测信号的频率f=N/T。 由于单片机具有程序运算功能，且频率为周期的倒数，测的频率值，即可通过运算得到周

简易频率特性测试仪论文

2013年全国大学生电子设计竞赛 简易频率特性测试仪（E题） 【本科组】 2013年9月6日

摘要 本实验以DDS芯片AD9854为信号发生器，以单片机STM32F103RBT6为核心控制芯片。系统由5个模块组成：正弦扫频信号模块，待测阻容双T网络模块，整形滤波模块，A/D转换模块及显示模块。先以单片机送给AD9854控制字产生1MHZ —40MHZ的扫频信号，经过阻容双T网络检测电路，两路路信号通过AD9283对有效值进行采集后进入单片机进行幅值转换，最终由TFTLCD显示输出。 ABSTRACT In this experiment, the DDS chip AD9854 as the signal generator, MCU STM32F103RBT6 as the core control chip, and with FPGA as auxiliary, and on the peripheral circuit to realize the detection of amplitude frequency and phase frequency. The system comprises 6 modules: signal sine sweep signal module, the measured resistance capacitance of double T module, filter module, A/D conversion module and display module. The first single-chip microcomputer to AD9854 control word generate sweep signal of 10MHZ - 40MHZ, the resistance and capacitance of double T detection circuit, two road signals are collected on the effective value through the AD9283 into the microcontroller to amplitude conversion, the LCD display output, finally to complete the amplitude frequency and phase frequency of simple test.

简易数字频率计设计-现代电子设计课程设计报告

河南科技大学 课程设计说明书 课程名称＿＿现代电子系统课程设计＿＿题目＿＿＿简易数字频率计设计＿＿ 学院＿＿＿电子信息工程学院＿＿＿班级＿电子信息科学与技术091班＿学生姓名＿＿＿＿＿李可以＿＿＿＿＿＿指导教师＿＿齐晶晶、张雷鸣＿＿＿日期2012.12.21

课程设计任务书 （指导教师填写） 课程设计名称现代电子系统课程设计学生姓名李可以专业班级电信科091 设计题目简易数字频率计设计 一、课程设计目的 掌握高速AD的使用方法； 掌握频率计的工作原理； 掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法； 了解基于FPGA的电子系统的设计方法。 二、设计内容、技术条件和要求 设计一个具有如下功能的简易频率计。 （1）基本要求： a．被测信号的频率范围为1～20kHz，用4位数码管显示数据，十进制数值显示。 b．被测信号为幅值1～3V的方波、脉冲信号。 c．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。 d．当测量脉冲信号时，能显示其占空比（精度误差不大于1%）。 （2）发挥部分 a．修改设计，实现自动切换量程。 b．扩宽被测信号能测量正弦波、三角波。 c．其它。 三、时间进度安排 布置课题和讲解：1天查阅资料、设计：4天 实验：3天撰写报告：2天 四、主要参考文献 何小艇《电子系统设计》浙江大学出版社 2008.1 潘松黄继业《EDA技术实用教程》科学出版社 2006.10 齐晶晶《现代电子系统设计》实验指导书电工电子实验教学中心 2009.8 指导教师签字： 2012年 12月3日

摘要 频率计是数字电路中的一个典型应用，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。将使整个系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。 在本文中，我们设计了一个简易数字频率计。主要分为如下几个部分： A/D模块：用硬件描述语言写一个状态机，控制ADC0809芯片正常工作，使输入的被测模拟信号经过ADC0809芯片处理，转化为数字信号。 比较整形模块：将A/D转换出来的数字信号通过比较，高于阈值的为1低于阈值的为0从而将八位数字信号转换为脉冲便于频率计算。 频率测量模块：常用的频率测量方法有很多。有计数法和计时法，等精度法等，具体的方案论证将在下面进行。 占空比计算模块：计算脉冲波占空比，具体的方案论证将在下面进行。 选择显示模块：由于只有四位数码管显示，所以用一个二选一选择器，通过一个按键控制四位数码管显示的内容是频率还是占空比。 关键词：数字频率计、模块、占空比、数字信号、测量、阈值

数字频率计课程设计

课程设计任务书 学生姓名：覃朝光专业班级：通信1103 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 数字频率计的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。 2）测量频率范围：10~9999Hz。 3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 4）测量信号幅值：0.5~5V。 5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。 6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 1、2013年5 月17日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年 6 月18 日至2013 年6 月22 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年6 月22 日至2013 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2013年7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (3) 1电路的设计思路与原理 (4) 1.1电路设计方案的选择 (4) 1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4) 1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (5) 1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (5) 1.1.4方案确定 (6) 1.2 原理及技术指标 (6) 1.3 单元电路设计及参数计算 (8) 1.3.1时基电路 (8) 1.3.2放大整形电路 (9) 1.3.3逻辑控制电路 (9) 1.3.4计数器 (11) 1.3.5锁存器 (12) 1.3.6译码电路 (13) 2仿真结果及分析 (13) 2.1仿真总图 (13) 2.2单个元电路仿真图 (14) 2.3测试结果 (17) 3测试的数据和理论计算的比较分析 (17) 4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (17) 4.1故障a (17) 4.2故障b (18) 4.3故障c (18) 4.4故障d (18) 4.5故障e (18) 5 心得体会 (19)

频率特性测试仪及其应用

第六章频率特性测试仪及其应用 早期频率特性的测量用逐点测绘的方法来实现。在整个测量过程中，应保持输入到被测网络信号的幅度不变，记录不同频率下相应输出的电压，根据所得到的数据，就可以在坐标纸上描绘出该网络的幅频特性曲线。显然，这种方法不仅操作繁锁、费时，而且有可能因测量频率间隔不够密而漏掉被测曲线上的某些细节，使得到的曲线不够精确。 扫频测量法是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用示波器来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续变化的，在示波器屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。 扫频信号发生器 扫描电压 发生器 （扫描信号）通用电子 示波器 被测电路峰值 检波器 （扫频X Y 信号） 图6-1 扫频法测量电路的幅频特性 扫频测量法的仪器连接如图6-1所示。扫描电压发生器一方面为示波器X轴提供扫描信号，一方面又用来控制等幅振荡的频率，使其产生按扫描规律频率从低到高周期性重复变化的扫频信号输出。扫频信号加至被测电路，其输出电压由峰值检波器检波，以反映输出电压随频率变化的规律。 扫频法利用扫描电压连续自动地改变频率，利用示波器直观地显示幅度随频率的变化，与点频测量法相比较，由于扫频信号频率是连续变化的，不存在测试频率的间断点，因此不会漏掉突变点，且能够观察到电路存在的各种冲激变化，如脉冲干扰等。调试电路过程中，可以一边调整电路元件，一边观察显示的曲线，随时判明元件变化对幅频特性产生的影响，迅速查找电路存在的故障。

扫频仪又称频率特性图示仪，这是将扫频信号源及示波器的X-Y显示功能结合为一体，并增加了某些附属电路而构成的一种通用电子仪器，用于测量网络的幅频特性。 一、扫频仪的基本工作原理 扫频仪的原理方框图如图6-2所示。 扫描电压发生器产生的扫描电压既加至X轴，又加至扫频信号发生器，使扫频信号的频率变化规律与扫描电压一致，从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的确定关系。扫描信号的波形可以是锯齿波，也可以是正弦波，因为光点的水平偏移与加至X 轴的电压成正比，即光点的偏移位置与X轴上所加电压有确定的对应关系，而扫描电压与扫频信号的输出瞬时频率又有一一对应关系，故X轴相应地成为频率坐标轴。 (a) 方框图（b）波形图 图6-2 扫频仪的原理方框图 扫频信号加至被测电路，检波探头对被测电路的输出信号进行峰值检波，并将检波所得信号送往示波器Y轴电路，该信号的幅度变化正好反映了被测电路的幅频特性，因而在屏幕上能直接观察到被测电路的幅频特性曲线。 为了标出X轴所代表的频率值，需另加频标信号。该信号是由作为频率标记的晶振信号与扫频信号混频而得到的。 下面以产品BT3型扫频仪为例对各部分加以说明。

基于51单片机的数字频率计的设计

1 前言 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。 1.1频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。 1.2频率计发展与应用 在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以AT89S52为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。

2 系统总体设计 2.1测频的原理 测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。被测信号， 通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔T内累 计周期性的重复变化次数N，则频率的表达式为式： N fx= T 频率计数器严格地按照 N f= T 公式进行测频。由于数字测量的离散性，被测频率在计数 器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的1 ±量化误差，在不计其他误差影响的情况下，测量精度将为： 1 () fA N δ= 应当指出，测量频率时所产生的误差是由N和T俩个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面T越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加T来满足，为了增加T的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。 上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。 2.2总体思路 频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机AT89S52 制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用外部十分频，测量较低频率值时采用单片机直接计数，不进行外部分频。该频率计实现10HZ~2MHZ的频率测量,而且可以实现量程自动切换功能，四位共阳极动态显示测量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。 2.3具体模块 根据上述系统分析，频率计系统设计共包括五大模块：单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块。各模块作用如下：

SA1030型数字频率特性测试仪的原理与应用

6 SA1030型数字频率特性测试仪的原理与应用 6.1 概述 SA1030型数字频率特性测试仪采用直接数字合成器（DDS）作为频率源，采用DSP、CPLD、微处理器进行控制和信号处理的数字频率特性测试仪。该仪器能够产生20Hz～30MHz 的扫频信号，可同时完成电子电路的幅频特性和相频特性的测量。测量曲线显示于彩色液晶屏上，并以数字显示出标记点的频率、幅度、相位值，清晰美观。扫频信号的幅度、扫频范围以及扫频方式（线性、对数、点频等），可根据测量需要自行设置。 该仪器通过中文菜单完成各项操作，简单方便。 SA1030型数字频率特性测试仪配备RS232接口（位于后面板），GPIB、USB接口作为选件供用户选择，便于连接计算机组成自动测试系统，同时能够方便地打印测量结果。 6.2 SA1030型数字频率特性测试仪的组成及工作原理 SA1030型数字频率特性测试仪的组成框图如图6.1所示。 微处理器（MCU）通过接口电路和键盘接收各种控制命令，控制显示电路显示特性曲线和测量数据。以数字信号处理器（DSP）为核心组成测试电路，它接收MCU的控制命令，控制DDS产生等幅扫频信号，控制扫频信号的幅度、输入信号的幅度以及特性参数的产生。DDS输出的等幅扫频信号经输出电路加至被测电路的输入端，作为被测电路的信号源。被 图6.1 SA1030频率特性测试仪组成框图

测电路的输出信号经过输入电路，处理后送到检波电路，取出该输出信号在不同频率下的幅度数据经DSP处理后送至MCU，控制显示电路显示出被测电路的幅频特性和相频特性曲线以及各种测量数据。 SA1030型数字频率特性测试仪采用直接数字合成的新技术产生扫频电压信号，其原理与传统的振荡器产生波形信号完全不同。它是以高精度频率源作基准，用数字合成的方法产生带有波形信息的数据流，再经过数模转换器变换成模拟电压。 6.3 SA1030型数字频率特性测试仪的主要技术指标 SA1030型数字频率特性测试仪的主要技术指标如下。 （1）频率范围：20Hz ~ 30MHz （2）扫频方式：线性、对数、点频 （3）输出电压：大于0.5V（有效值） （4）输出阻抗：50? （5）输入阻抗：50?/高阻 （6）输出衰减：0 ~ 80dB，1dB步进 （7）输入增益：0 ~－30dB，10dB步进 （8）相位范围：－180° ~ ＋180° （9）相位分辨率：1° （10）显示分辨率：250×200点阵 （11）光标数量：在扫频范围内同时可设置与显示4个光标 （12）程控接口：RS232串行接口（GPIB、USB接口为选件） （13）供电电源：电压220（1±10％）V，频率50（1±5％），功耗<60V A （14）温度：0 ~ 40°C （15）湿度：小于80％ 6.4 SA1030型数字频率特性测试仪的前面板简介 SA1030型数字频率特性测试仪的前面板如图6.2所示，大体上分成三部分。 1. 键盘 共有34个按键，按功能分为4个区，分别为： （1）数字区：共有16个键，包括【0】~【9】十个数字键；【dB】、【MHz】、【kHz】、【Hz】