正交扫频低频频率特性测试仪软件部分
摘 要低频特性测试仪是测量网络的设备，也被称为具有传输特性的扫描仪。它占据当代电子测量非常重要的地位。本文主要对扫描仪的软件设计进行分析，提出了DDS技术的扫描仪的设计。市场对于扫描仪和系统的特性上的最近的研究后进行分析，以确定性能和总体方案的设计[1]。这种设计有一个主要的扫描信号发生电路，一个增益控制电路，一个振幅和相位检测电路和处理模块的模块控制和人机接口电路等组成，其中用DDS纯数字方法扫描信号发生器电路，具有高速频率切换的时间，可编程的特点等。以C8051F005为信号发生器件，产生DAC0和DAC1两路正交信号，观察输出的波形，分析并改正信号输出模块的性能。然后将信号接入被测网络双T网络，返回单片机后经处理计算，从而得到被测网络的幅频和相频特性[2]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1课题研究的背景及其目的 1
1.2 本文的框架及任务 1
1.2.1 设计任务 1
1.2.2 本论文的研究内容 2
第二章 系统总体方案 3
2.1 信号源的产生 3
2.1.1直接数字频率合成（DDS）技术 3
2.1.2 本课题信号发生器的方案 4
2.2 被测网络的选择 4
2.3 显示模块 4
第三章 系统整体设计及器件选择 5
3.1微处理器的选择 5
3.1.1 单片机介绍 5
3.1.2 C8051系列微处理器 5
3.1.2 SoC的技术优势 6
3.2 LCD屏幕的选择 7
第四章 双T网络的频率特性 8
4.1 双T网络的结构及星三角变换图 8
4.2 双T网络的RC阻值确定 10
4.3 双T网络的幅频和相频特性 10
第五章 软件编程 12
5.1 系统开发工具 12
5.2 软件的整体框架设计 13
5.3 软件调试 14
结束语 20
致 谢 21
文献资料 22
第一章 绪
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论
1.1引言
1.1.1课题研究的背景及其目的
在现在这个年代的测量时（利用电子测量的方法），经常可能在阻抗特性和网络的传输特性问题的测量时会遇到。频率特性测试仪是用于测量上述特性，被称为扫描仪的仪器。它占据了现代电子测量的重要位置，以排除测试校准，调整和故障的网络提供了极大的方便[3]。一开始的测量仪基本上是运用分立元件来完成所需的各个功能，显示部分也用的是老式的示波器来显示波形，这样难免会产生一些问题，比如设别放置体积大，操作相对复杂，容易产生很多的故障，价格卖的很贵等等。像我们使用的那种仪器如BT4型扫频仪就是这样的。不是我们实际所能使用的。在此之后，由于频率合成技术和微电子技术的发展和进步，频率特性仪被人们逐步改进和加强，现在的扫频源基本上都运用了数字量来进行控制，数字化信号源可以替代并完善分立元件的缺陷，弥补不足，测量部分也进行了改革，大多采用数字化测量，采用了单片机进行运算和控制，大大提高了测量的精度。
随着我国社会和经济的发展，家用电器已经成为我们生活中不可或缺的一部分，我们已经进入千家万户都拥有家电的社会，而我们使用的电器中的重要组成部分都是由各种电路，电路设计和调试，我们经常需要了解电路的幅频特性，其估计的电路参数，输入/输出阻抗和传输特性阻抗的电压增益（恒定输入电压，输出电压与频率的特性曲线而异）[4]。我们用的一般方法是扫描的测量方法，所以按一定规则的频率，作为检测信号，并直接在电路频率的示波器得出的幅频特性曲线上的指定范围的连续扫描信号内被测量电路检测常常需要。
1.2 本文的框架及任务
1.2.1 设计任务
1.本毕业论文（设计）的课题应该达到的目的：
本次毕业设计的主题是产生两路正交的正弦扫频信号，用作电路网络频率特性测量的激励输入，对网络的输出进行测量，得到幅频和相频频率特性。
2．本毕业论文（设计）课题任务的要求以及内容（包括工作要求、给定数据、技术要求等）：
课题分为硬件和软件两部分，由我和一位搭档张海波合作完成。本课题承担软件部分设计。
在C8051F005开发板平台上进行软件功能开发，主要内容有:
产生正交的两路DDS扫频信号（正弦和余弦），用于网路的输入信号。对被测网路的输出进行幅度测量，对输出信号进行相移计算，并在液晶屏上画出幅频和相频特性曲线。
3．对本毕业论文（设计）课题成果的要求：
完成整个系统的软件编制和调试，提供完整的设计文件，调试说明和使用说明。
自制一个双T网路作为被测网路用于进行实物测试演示。并对结果进行分析说明。
1.2.2 本论文的研究内容
本文提出了一种用C8051F005芯片产生DDS的扫频仪的设计方案。
下面是本论文每个章节的研究概括:
第一章: 绪论部分。这一章主要论述了本课题研究的背景及其意义和我们的设计任务。
第二章: 系统的总体方案。这一章节主要讲出信号源产生的方案和DDS的优点，以及被测网络的搭建和显示屏的选择。
第三章: 系统整体设计及器件选择。这一部分主要介绍C8051F005这块开发板。
第四章：双T网络的频率特性。这一章节主要讲述了被测网络的搭建方案和阻值的确定及其频率特性分析。
第五章: 软件编程。
第六章: 对毕业设计的总结。
第二章 系统总体方案
频率特性测试的整体系统大致包括信号发生源测试、被测的双T网络、图形显示这几个部分。系统总体方框图如图2.1所示。
图2.1 系统总体方案
2.1 信号源的产生
2.1.1直接数字频率合成（DDS）技术
1、概述
DDS技术是一种信号合成技术，它可以把数字信号转换为模拟信号，它不同于其它信号合成技术，它的工作核心是相位通过这种技术我们可以产生任意的正弦波，关键还是可以控制它的相位 并且可以用这个技术产生其它类型的波形：余弦波，方波，三角波等等[5]。
2、DDS的优点：
（1）输出的频率频宽比较宽:DDS输出的频率带宽是扬声器理论值fs的一半。但是考虑到了滤波器的设计不是很容易，而且它的特性也很难把握，输出频率的带宽就不会达到那么高，但是相对于其他合成技术，DDS的输出频率带宽仍然比较高，实际可以达到理论值的百分之四十。
（2）频率分辨率极高:DDS的分辨率，在fs固定的情况下，是由累加器的位数控制的。通过减少或增加累加器的位数可以实现任意大小的频率分辨率。
（3）相位变化连续:通过变化时钟周期的相位增加的量，可以改变DDS的输出的频率，因为只是改变频率，频率的变化只是一瞬间，所以相位的曲线还是保持不间断的。
（4）输出波形的灵活性:DDS也可以产生任意的波形：方波，三角波，正弦波，余弦波等等，只要在DDS上添加相应波形的数据。如果在DDS上添加正余弦波形数据，就会产生了两路的输出波形。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1课题研究的背景及其目的 1
1.2 本文的框架及任务 1
1.2.1 设计任务 1
1.2.2 本论文的研究内容 2
第二章 系统总体方案 3
2.1 信号源的产生 3
2.1.1直接数字频率合成（DDS）技术 3
2.1.2 本课题信号发生器的方案 4
2.2 被测网络的选择 4
2.3 显示模块 4
第三章 系统整体设计及器件选择 5
3.1微处理器的选择 5
3.1.1 单片机介绍 5
3.1.2 C8051系列微处理器 5
3.1.2 SoC的技术优势 6
3.2 LCD屏幕的选择 7
第四章 双T网络的频率特性 8
4.1 双T网络的结构及星三角变换图 8
4.2 双T网络的RC阻值确定 10
4.3 双T网络的幅频和相频特性 10
第五章 软件编程 12
5.1 系统开发工具 12
5.2 软件的整体框架设计 13
5.3 软件调试 14
结束语 20
致 谢 21
文献资料 22
第一章 绪
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
论
1.1引言
1.1.1课题研究的背景及其目的
在现在这个年代的测量时（利用电子测量的方法），经常可能在阻抗特性和网络的传输特性问题的测量时会遇到。频率特性测试仪是用于测量上述特性，被称为扫描仪的仪器。它占据了现代电子测量的重要位置，以排除测试校准，调整和故障的网络提供了极大的方便[3]。一开始的测量仪基本上是运用分立元件来完成所需的各个功能，显示部分也用的是老式的示波器来显示波形，这样难免会产生一些问题，比如设别放置体积大，操作相对复杂，容易产生很多的故障，价格卖的很贵等等。像我们使用的那种仪器如BT4型扫频仪就是这样的。不是我们实际所能使用的。在此之后，由于频率合成技术和微电子技术的发展和进步，频率特性仪被人们逐步改进和加强，现在的扫频源基本上都运用了数字量来进行控制，数字化信号源可以替代并完善分立元件的缺陷，弥补不足，测量部分也进行了改革，大多采用数字化测量，采用了单片机进行运算和控制，大大提高了测量的精度。
随着我国社会和经济的发展，家用电器已经成为我们生活中不可或缺的一部分，我们已经进入千家万户都拥有家电的社会，而我们使用的电器中的重要组成部分都是由各种电路，电路设计和调试，我们经常需要了解电路的幅频特性，其估计的电路参数，输入/输出阻抗和传输特性阻抗的电压增益（恒定输入电压，输出电压与频率的特性曲线而异）[4]。我们用的一般方法是扫描的测量方法，所以按一定规则的频率，作为检测信号，并直接在电路频率的示波器得出的幅频特性曲线上的指定范围的连续扫描信号内被测量电路检测常常需要。
1.2 本文的框架及任务
1.2.1 设计任务
1.本毕业论文（设计）的课题应该达到的目的：
本次毕业设计的主题是产生两路正交的正弦扫频信号，用作电路网络频率特性测量的激励输入，对网络的输出进行测量，得到幅频和相频频率特性。
2．本毕业论文（设计）课题任务的要求以及内容（包括工作要求、给定数据、技术要求等）：
课题分为硬件和软件两部分，由我和一位搭档张海波合作完成。本课题承担软件部分设计。
在C8051F005开发板平台上进行软件功能开发，主要内容有:
产生正交的两路DDS扫频信号（正弦和余弦），用于网路的输入信号。对被测网路的输出进行幅度测量，对输出信号进行相移计算，并在液晶屏上画出幅频和相频特性曲线。
3．对本毕业论文（设计）课题成果的要求：
完成整个系统的软件编制和调试，提供完整的设计文件，调试说明和使用说明。
自制一个双T网路作为被测网路用于进行实物测试演示。并对结果进行分析说明。
1.2.2 本论文的研究内容
本文提出了一种用C8051F005芯片产生DDS的扫频仪的设计方案。
下面是本论文每个章节的研究概括:
第一章: 绪论部分。这一章主要论述了本课题研究的背景及其意义和我们的设计任务。
第二章: 系统的总体方案。这一章节主要讲出信号源产生的方案和DDS的优点，以及被测网络的搭建和显示屏的选择。
第三章: 系统整体设计及器件选择。这一部分主要介绍C8051F005这块开发板。
第四章：双T网络的频率特性。这一章节主要讲述了被测网络的搭建方案和阻值的确定及其频率特性分析。
第五章: 软件编程。
第六章: 对毕业设计的总结。
第二章 系统总体方案
频率特性测试的整体系统大致包括信号发生源测试、被测的双T网络、图形显示这几个部分。系统总体方框图如图2.1所示。
图2.1 系统总体方案
2.1 信号源的产生
2.1.1直接数字频率合成（DDS）技术
1、概述
DDS技术是一种信号合成技术，它可以把数字信号转换为模拟信号，它不同于其它信号合成技术，它的工作核心是相位通过这种技术我们可以产生任意的正弦波，关键还是可以控制它的相位 并且可以用这个技术产生其它类型的波形：余弦波，方波，三角波等等[5]。
2、DDS的优点：
（1）输出的频率频宽比较宽:DDS输出的频率带宽是扬声器理论值fs的一半。但是考虑到了滤波器的设计不是很容易，而且它的特性也很难把握，输出频率的带宽就不会达到那么高，但是相对于其他合成技术，DDS的输出频率带宽仍然比较高，实际可以达到理论值的百分之四十。
（2）频率分辨率极高:DDS的分辨率，在fs固定的情况下，是由累加器的位数控制的。通过减少或增加累加器的位数可以实现任意大小的频率分辨率。
（3）相位变化连续:通过变化时钟周期的相位增加的量，可以改变DDS的输出的频率，因为只是改变频率，频率的变化只是一瞬间，所以相位的曲线还是保持不间断的。
（4）输出波形的灵活性:DDS也可以产生任意的波形：方波，三角波，正弦波，余弦波等等，只要在DDS上添加相应波形的数据。如果在DDS上添加正余弦波形数据，就会产生了两路的输出波形。
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