基于C8051的頻率特性測試儀的設計

徐運德，唐田田（江西科技師范大學，南昌　330013）

?

基于C8051的頻率特性測試儀的設計

徐運德，唐田田
（江西科技師范大學，南昌330013）

摘要：在現代工業應用中，作為分析電路性能的重要方法。通常使用頻率特性測試儀測量如濾波器，高頻放大器等電路的頻率特性。本文采用高速單片機C8051F020片上系統為控制核心，制作了一個正交掃頻信號源以及頻率特性測試儀。該系統包括微處理器外圍電路，信號放大、被測網絡和混頻器等模塊設計。被測經過單片機進行A/D數據采集，對數據進行處理，并最終測量出被測信號的幅頻以及相頻特性。

關鍵詞：C8051F020；混頻器；AD采樣

1　前言

在現代的儀器設備中，越來越重視對信號源輸出的諧波分量。比如在放大電路中，高頻諧波分量會使電路不能正常工作。因此我們就需要對信號的頻率特性進行分析，讓其高次諧波分量降低到規定值。本設計旨在使用高速單片機C8051制作一款頻率特性測試儀，并在后續的性能測試中各項性能參數都符合要求。

2　系統總體設計

根據零中頻正交解調原理，設計并制作一個雙端口網絡頻率特性的簡易頻率特性測試儀，包括幅頻特性和相頻特性，其示意圖如圖 1所示。

圖1　系統總體設計總框架圖

系統電路設計。根據系統設計要求，制作一個正交掃頻信號源以及頻率特性測試儀，裝置總體設計包括微處理器主控模塊，AD9854掃頻信源產生電路、信號放大電路、被測網絡電路、乘法器電路、低通濾波器電路、兩塊ADC模數電路等等模塊設計。設計任務主要完成兩部分功能進行設計：（1）制作一個正交掃頻信號源的設計；（2）制作頻率特性測試儀設計。

3　系統的理論分析與計算

系統理論分析。頻率特性的概念就是頻率特性H（jω）又稱為頻率響應或頻響函數，反映了系統對輸入信號不同頻率分量的傳輸特性，如圖2所示。

圖2　系統頻率特性H（jω）傳輸

AD9854DDS信號源產生兩路信號Acosωt ，A sinωt ，Acos ωt 信號與被測網絡相乘得到Aocosωt+φ，其是相位角φ是Acos ωt信號經過被測系統產生的。

然后被測信號與Acos ωt 相乘

然后經過低通濾波器把高頻成份

以上數學推論就是正交掃頻信號源以及頻率特性測試儀的工作原理。

4　系統測試

幅頻特性測試結果。為了檢驗幅頻特性測試精度，不妨設置點掃描方式用一些典型的頻率值進行掃頻，分別在低頻部分（大于0KHZ）和高頻部分（小于40MHZ）取8個點進行測量，然后與理論值進行比較。測試數據見表1。

表1　幅頻特性測試數據

相頻特性測試結果。

表2　相頻特性測試數據

5　總結分析

本系統能夠實現對正弦信號的頻率特性測試。經系統測試可得，網絡中心頻率在20MMhz左右，在中心頻率上，幅頻特性曲線會出現極大值，在其帶寬之外衰減很小。相頻特性曲線在在中心頻率點會出現突變，由負相位最大值突變為正相位最大值。

參考文獻

［1］周航慈，周立功，朱旻等.PHILIPS 51LPC系列單片機原理及應用設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2001.

［2］何立民.單片機應用系統設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社，1999.

［3］徐江海.單片機實用教程［M］.北京:機械工業出版社，2008.

［4］張毅剛.MCS-51單片機應用設計［M］.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，1992.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.053