2013电子竞赛E题-简易频率特性测试仪-设计方案4及报告4

简易频率特性测试仪 获奖作品 2013年电子设计大赛E类题目

基于DDS和FPGA的频率特性测试仪.pdf

2017 年全国大学生电子设计竞赛试题——远程幅频特性测试装置（H 题）【本科组】，任务+要求+说明+评分标准。

所用器件: STM32F407ZTG1 AD98541 THS30952 AD8352 THS45512 简介: 本作品是基于零中频正交解调原理的简易频率特性测试仪，用于测试网络的幅频特性和相频特性。 总体框图 采用DDS芯片AD9854及STM32单片机作为控制单元产生扫频信号，辅以按键控制实现1MHz-40MHz，最小步进100KHz范围内的连续扫频输出和点频测量。RLC串联谐振电路用作被测网络。经AD835乘法器和低通滤波器得到同相分量和正交分量的直流信号，ADC转换送入单片机，在单片机内进行数据处理，计算得到相位和幅度，通过液晶显示幅频特性和相频特性曲线。 系统总体框图如图1所示: 1.正交信号源设计 正交信号源选择了DDS芯片AD9854，具体实现电路见图2。对AD9854进行编程控制，使之输出两路幅度相同并且正交的信号，然后对输出信号进行滤波，使得正弦波变得更加平滑，滤波之后再把输出峰峰值为512mV的信号放大2倍到1.24V。 AD9854电路图 2.乘法器电路设计 题目要求输入信号的频率为1MHz～40MHz，因此选用的乘法器带宽必须大于40MHz，ADI公司的AD835乘法器，其带宽为250MHz，满足题目要求。其输出信号表达式为W=X*Y+Z，Z为直流电压，用于系统调零。通过调节R4的阻值可使乘法器得到0～-2.5V的偏置电压。 其原理图如图所示: 3 .滤波器及放大器设计 经乘法器输出的信号如式（1）、 （3） 所示，需设计低通滤波器，滤除高频分量，留下直流分量。据式（1）、（3）分析，滤波器截止频率低于1MHz即可，但考虑到电路会不可避免地产生其他频率干扰，因此低通滤波器的截止频率越小，滤波效果越好，测量精度越高。此外，由于STM32自带ADC只能采集正电平，因此需再加一级加有共模电压的放大器。电路如图 4. ADC设计 I、Q通道平衡对测量仪的精度至关重要，为保证正交平衡，DDS后的放大和滤波电路保证完全相同的电路，参数元件一致，PCB走线一致，由于扫频时间2S,步进为100K,整个频率范围内需要391个频点，对采用速率要求不高，我们选用STM32的片内AD，使用能够轻松达到12bit的精度，满足系统幅度0.5dB波动的测量要求。 5.被测网络设计 被测网络采用RLC串联谐振电路,电路图如图所示。 中心频率: （7） 有载品质因数: （8） 其中为中心角频率，为环路总电阻。 回路带宽: （9） 按要求被测网络中心频率20MHz，有载品质因数4。取电容C=18pF，为满足中心频率为20MHz，将f0和C代入（7）式，计算得L=3.52uH。 将Qr=4，C=18pF代入式（8），计算得r=Ro+Ri+R=110Ω，故R=10Ω。 程序设计 系统开机后进入初始化状态，初始化后进入功能选择界面，根据不同的按键状态进入相应的工作模式，主程序流程如图6所示。在程序开发时，使用的是keill的MDK5集成开发环境，运行代码及详细注释见附件代码。 工程主要代码截图:

熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。根据实际测得单容水箱液位阶跃响应曲线，确定其参数。

针对幅频特性的测量要求和方法,采用STM32F103为核心控制器,以DDS集成芯片为核心器件,并与程控放大器组合,在STM32的控制下,构成幅度可调节、频率可连续变化的信号源,以满足不同被测器件的输入要求。利用AD8361均值响应检波器获取被测器件输出端的幅度信息;采用STM32内部AD实时采集检波器输出的幅度信息;利用示波器的X-Y显示方式,搭配STM32内部自带DA输出的锯齿波,在示波器上显示幅频特性曲线。利用频分复用合并被测器件的幅度信息和频率信息,通过双绞线实现远程传输,在接收端利用滤波器分离两路信号;在接收端的液晶屏上制作了一个UI界面,在UI界面上描绘幅频特性曲线。通过采用数字化技术,充分发挥了主控制器片上资源的优势,实现了信息的远程传输。

本系统是基于STM32单片机ADC检测的简易电路特性测试仪,用于检测三极管放大电路的基本工作特性,同时可以在电路发生故障时,判断电路故障的位置及原因。本系统以STM32单片机主控模块为核心,电路经DDS信号发生器模块产生所需的正弦波信号,经信号调理网络后进入三极管放大电路,同时在放大电路的输入端串联电阻、输出端并联电阻进行电路特性的检测,分别测量放大电路输入端和输出端信号的幅值及频率,经单片机处理后在屏幕上显示所需结果。本系统可测量放大电路的输入阻抗、输出阻抗、增益放大倍数、以及进行电路故障原因分析。

2019电子设计大赛：电路特性测试仪器 本设计对已知放大电路进行数据处理及故障判断分析，并将结果及原因显示。系统以STM32F407为主控器，由STM32F407内部的AD/DA转换模块构成的正弦扫频信号发生器产生所需信号，通过TL064对产生的信号进行同向放大、跟随得到稳定的信号，对被测放大电路进行实时测量。其测量结果送至JLX177液晶显示电路，通过按键与单片机系统交互，可以显示出不同状态下的故障判断结果。AMS1117稳压管满足整个电路的3.3V和5.0V电压需求。

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