智能扫频仪的设计与实现.docx

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智能扫频仪的设计与实现

1绪论……………………………………………………………………………1

1.1课题研究的背景和意义……………………………………………………1

1.2国内外研究现状………………………………………………………………1

2系统总体设计………………………………………………………………3

2.1系统设计总体框图……………………………………………………………3

2.2系统主要模块功能概述………………………………………………………3

3主要模块硬件和软件设计………………………………………………………5

3.1扫频信号发生器的设计………………………………………………………5

3.1.1方案选择……………………………………………………………………5

3.1.2DDS芯片AD9850介绍………………………………………………5

3.1.3扫频信号发生器电路设计…………………………………………………9

3.1.4扫频信号发生器软件设计…………………………………………………10

3.1.5扫频信号发生器测试结果…………………………………………………11

3.2幅值和相位检测电路的设计………………………………………………12

3.2.1方案选择…………………………………………………………………12

3.2.2幅值相位检测芯片AD8302简介………………………………………14

3.2.3幅值相位的检测电路设计…………………………………………………16

3.2.4幅值和相位检测电路的调试………………………………………………17

3.2.5幅值和相位的测试结果……………………………………………………17

3.3控制和处理单元……………………………………………………………18

3.3.1单片机AT89C52介绍………………………………………………………18

3.3.2单片机外围电路设计………………………………………………………20

3.3.3单片机调试…………………………………………………………………21

3.4数据采集模块………………………………………………………………21

3.4.1A/D转换芯片PCF8591的介绍……………………………………………21

3.4.2I2C总线特性………………………………………………………………26

3.4.3PCF8591应用电路………………………………………………………26

3.4.4数据采集软件设计…………………………………………………………27

3.4.5数据采集电路测试结果……………………………………………………28

3.5显示模块……………………………………………………………………29

3.5.1LCD12864的主要性能介绍…………………………………………………29

3.5.2LCD12864与MCU的接口电路设计………………………………………30

3.5.3LCD12864程序设计………………………………………………………31

3.5.4LCD12864测试结果………………………………………………………32

3.6系统总调试…………………………………………………………………33

4辅助电路设计………………………………………………………………35

5结论……………………………………………………………………………36

附录系统原理图………………………………………………………………37

参考文献……………………………………………………………………………39

致谢………………………………………………………………………………41

智能扫频仪的设计与实现

摘要

扫频仪是测量网络传输特性的仪器，在现代电子测量中占据着重要的地位。

本系统着重分析了扫频仪的工作原理，提出一种基于DDS技术的扫频仪设计方案。

此设计主要由扫频信号发生器、幅值和相位检测电路、控制和处理单元以和人机接口电路四个模块组成。

其中扫频信号发生器采用DDS纯数字化方法，使其具有较快的频率转换时间、较高的频率分辨率、较低的相位噪声以和可编程控制的优点，其与幅值相位检测电路构成扫频检测系统，使扫频仪能够在全频范围内实现自动步进测量等测试要求。

本系统采用AT89C52作为控制和处理单元，使用性价比较高的专用幅值相位检测芯片AD8302，配有液晶12864显示，使扫频仪具有调试方便，性能稳定，系统界面友好等优点。

关键词：

扫频仪，DDS技术，扫频信号发生器，幅值和相位检测

Intelligentsweepgeneratormeterdesignandimplementation

Abstract

Sweepgeneratorisaninstrumentformeasuringtransmissioncharacteristicsofthene--twork.Inthispresentsystem,theworkingprincipleofsweepgeneratorwereanalysedemphatically,thenadesignschemebasedonDDStechnologywereputforward.Thisde--ignmainlyincludesthesignalfrequency,amplitudeandphasedetectioncircuit,controlandprocessingunitandahuman-machineinterfaceandsoon.Andthesweepsignalgen--eratorusingDDSpuredigitalmethod,highfrequencyswitchingtime,highfrequencyr--esolutionandlowphasenoise,butalsohasprogrammablecontroladvantages,coupledwiththeamplitudephasedetectioncircuit,thefrequencysweepmetercanbeadaptedtoarangeoftestrequirements.TheuseofAT89C52asacontrolandprocessingunit,usingtheintegratedamplitudephasedetectionchip,equippedwithLCDdisplay,sothatthef--requencysweepmeterhastheadvantagesofsimpledesign,convenientadjustment,sta--bleperformance.Thispaperintroducesindetailthesystemhardwaredesignandtheso--ftwaredesign,theappendixonthepartoftheshow.

Keywords:

sweepgenerator,DDStechnology,sweptsignalgenerator,amplitudeandphasedetection

1绪论

1．1课题研究的背景和意义

在现代电子测量中，经常遇到系统网络阻抗特性和传输特性的测量问题，其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性[1]等。

频率特征测性仪就是用来测量前述特性的仪器，简称扫频仪。

它在现代电子测量中占据着重要的地位，为被测网络的的调整，校准以和故障的排除提供了极大的方便。

我们使用的传统仪器如BT-4型扫频仪大多是采用不同的电子元器件构成振荡器，显示部分也是用比较过时的示波器，这种仪器体积大、稳定度差、精度不高、不易使用、价格高，而且不能显示相频特征，更不能对频率特性图进行保存和打印，不便于用户实际使用[1]。

随着电子技术的飞速发展，目前市面了也出现了很多新型数字化扫频仪，有的性能非常好，技术指标也非常高。

本课题要研制的是一种简易的智能化扫频仪，根据扫频仪的工作原理，提出了一种基于DDS技术的扫频仪的设计方案。

1．2国内外研究现状

过去，幅频特性的测量是用点频测量法进行的，通过开关和旋钮用手工的方法逐点测量，不仅效率低，而且精度不高，后改用扫频的方法进行测量。

早期的扫频技术采用改变腔体结构从而改变LC回路电容来完成扫频信号源的产生，这种方法由于有可动部件而存在可靠性不高的问题[2]。

气候发展看YIG小球振荡和变容二极管等技术，不仅可靠性提高，而且频率稳定性以和精度都大大提高。

目前国内外有许多生产扫频仪的厂家，他们的产品多种多样。

美国安捷伦（agilent）公司研制的E8801A矢量系统分析仪是一种高精度的仪器，它主要应用于对精密元器件的测量。

这款仪器对速度和精度有非常高的要求。

E8801A设置了多种功能，用户可以根据需要自由选择。

它还具有很强的自测性能和自助工具，可以满足研发以和生产制造的要求。

这款仪器有16个单独的测试端，仪器内嵌有硬盘驱动器，还有一个鼠标接口。

它的频率范围300KHz～3GHz,扫频速度为35us/点。

德国研制的多功能系统检测仪200，主要应用在一些线缆的测试上，如双绞线和同轴线，它的自动测试性能非常好，在短短25秒内就能够实现测量，用户能够根据自己的需要选择不同的测试标准和电缆类型，测量频率可达200MHZ。

它的内存很大，能够存储500个测量值。

这款仪器还有一个时域反射仪（TDR），能够测试线路的多种故障，检测各种连接错误并且能够分辨电缆。

德力DEVISER研发制造的DS7710A/B系统分析仪运用当前比较前沿的DDS数字化频率合成技术，精度非常高，具有10Hz的高分辨率，而且价格便宜。

它内部使用PentiumCPU，控制与显示都是全数字化的[2]。

这款仪器的性能、技术指标都非常高，目前主要用于CATV和电子元器件的研发制造领域，得到了广大用户的认可。

它的频率范围：

300KHz～1300MHz，频率分辨率：

100Hz。

北京恒泰科贸有限公司研发的HT-1252系列频率特性测试仪多数用于雷达、广播和电视、共用天线、有线电视放大器、发射接收仪器的扫频动态测试。

这款仪器有一个大屏幕，界面非常清楚，方便用户观察并分析测量结果[2]。

其HT-1252-I频率特征测试仪，频率测试范围：

5MHz～1GHz，2GHz～2.8GHz。

2系统总体设计

2．1系统设计总体框图

本设计着重分析了扫频仪系统的特性，提出了一种基于DDS技术的扫频仪的设计方案，并确立了扫频仪总体设计如下：

根据扫频仪的基本工作原理，扫频仪的总体方案包括五个部分，即扫频信号发生器模块，增益控制模块，幅度和相位检测模块，控制和数据处理单元模块（即CPU）以和人机接口模块（键盘和显示器）。

系统的总体结构框图如图2.1所示：

图2.1系统总体结构框图

2．2系统主要模块功能概述

扫频信号发生器是信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，扫频信号发生器是一种信号激励装置，是扫频仪的核心部件。

本设计中，采用DDS芯片来产生频率、持续时间等均可控的稳定、平滑的正弦信号。

DDS的全称是DirectDigitalFrequencySynthesize，也就是直接数字频率合成。