扬声器参数测试设备硬件
摘 要在扬声器生产线上，要对扬声器的的低频特征频率F0进行测试，针对目前市 器件。论文主要分为三个部分，第一：先是对频率特性测试仪做了简单的介绍，然后说了一下它的发展和国内状况，最后说明课题背景和要解决的问题；第二：对本次设计信号源所使用的DDS技术做了简介；第三：介绍了本次设计硬件设计的核心芯片C8051f005，然后依次讲述其他各部分的硬件电路。本次设计的低频频率特性测试仪设计时都采用了低成本的器件，使用起来简单方便，可以给中小型的用户群提供很大的帮助。
目 录
第一章 绪论 1
1.1频率特性测试仪原理 1
1.2频率特性测试仪发展历程的介绍 2
1.3目前市场上频率特性测试的状况 2
1.4选题背景及意义 3
第二章 频率特性测试仪的信号源设计 4
2.1信号源设计概述 4
2.2 DDS技术简介 4
第三章 系统硬件设计 7
3.1C8051F005单片机的简介 7
3.1.1ADC的工作方式 8
3.2系统硬件原理框图设计 9
3.2.1单片机控制电路 10
3.2.2通信接口电路 10
3.2.3相位测量电路设计 11
3.2.4峰值检测电路 12
3.3单片机电源电路设计 14
3.4单片机晶振电路和复位电路设计 15
3.5被测网络设计 16
3.6低通滤波器的设计 17
3.7键盘电路的设计 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1频率特性测试仪原理
首先，简单的介绍下频率特性测试仪的作用：从字面上来理解就是测量被测网络的频率，幅度，相位等特性的仪器。它在我们平时对电路进行整修、调试以及检查时能起到很大的作用。
在测量被测网络的频率曲线时，一般会采用点频测量法或者扫频测量法。下面介绍下两者的特点。
点频测
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
量法的原理：顾名思义，点频测量就是在显示屏上把信号的特征频率以点的形式表示出来，然后用平滑曲线把每个点连接起来，最后得到的就是特性曲线。
点频的特点是原理简单，需要的设备也不复杂。但是操作起来需要逐点测量，十分费时费力，而且由于频率离散，经常会发生遗漏掉一些突变点的情况。
扫频测量法的原理：将输出信号的频率按特定规律自动连续且周期重复，利用检波器把信号的幅频特性曲线在显示屏上描绘出来。
扫频的特点是可实现网络频率特性的自动或者半自动测量，不会出现点频中漏掉离散点的问题，而且得到的频率特性是实时的，在实际应用中这种方法明显更好。
扫频测量法就是频率特性测试仪所使用的方法。
其测量的原理框图如图11所示。
它的基本工作过程是[1]：首先通过电源变压器降压，再通过扫描锯齿波发生器，形成一个频率为50HZ的锯齿波，这个锯齿波在控制扫频信号发生器的同时，也在控制示波管电子束的水平方向扫描，因此每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的关系，并且是线性变化。当扫频信号发生器发出一个信号后，要先经过放大器放大信号，然后还要被衰减器衰减，最后进入到被测电路以后输出。其中宽带放大器加了自动增益控制器，因为扫频信号中有寄生调幅。扫频信号经过被测电路以后，再通过Y轴的电位器、衰减器，经放大器放大后到Y轴偏转板，最后在显示屏上反映扫描结果，由于扫频频率为50HZ，所以显示屏每秒显示50次，在人眼里看起来就是持续发光的一条曲线。
1.2频率特性测试仪发展历程的介绍
从频率特性测试仪所用的核心技术来分可分为四个阶段[2]：
第一个阶段：调制出来的信号是高频的靠的是使用50HZ的锯齿波，最后的结果会在阴极射线管上表现出来。这样的频率特性测试仪很容易受到干扰。尽管现在还有销售，但是从购买用户的反映来看，这种测试仪的频率飘移情况很严重。
第二个阶段：以压控振荡器[3]为核心，运用锁相频率合成技术[4]，配合A/D和D/A转换器，在微机或单片机控制下完成扫频功能。这种以压控振荡器为核心的频率特性测试仪主要通过两种方式来稳定输出的频率：（1）运用锁相频率合成技术；（2）在微机控制下的D/A转换器精度较高，这样可以使频率漂移降低到10HZ以下。但是在一些高速应用下，这种频率特性测试仪由于压控振荡器本身的性能限制，再加上环路稳定是需要一点时间的，所以受到了一定的限制。
第三个阶段：由于出现了直接数字频率合成（DDS）的技术，所以产生了一种叫数字式频率特性测试仪[5,6,7]。和前面两个阶段的频率特性测试仪比起来的话，它有许多更为先进的地方，例如：体积上小巧，操作起来也很简单，最终得到的测试结果也很准确。这样的频率特性测试仪在各方面的表现都十分出色，所以几乎所有的用户都更倾向于使用这种类型。
第四个阶段：在20世纪末随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪器技术[8,9]出现了,它在传统的仪器上实现了软件化。所谓软件化就是通过在计算机上对软件的处理就能完成对数据的采集，然后进行分析判断，存储以及把结果表现出来等功能。这种频率特性测试仪测量出来的结果非常精确而且从用户体验上也更人性化。这样性能强大的频率特性测试肯定会有很好的发展前景。
就目前来说，大部分使用的都是第二阶段和第三阶段的频率特性测试仪。虚拟仪器技术这个阶段的测试仪目前还处于开发阶段尚未成熟。
1.3目前市场上频率特性测试的状况
就目前我国频率特性测试仪的市场状况而言，需要用到的地方和用户有很多，但是实际上能够买得起的并不是很多。因为市面上的频率特性测试仪都不便宜，生产商们并没有考虑到中小型用户们的处境。
我国市场上国内出品的频率特性测试仪在种类，性能，技术等方面都稍逊于国外的产品。国外著名的品牌有Meguro、R/S、Fluck等。虽然国内的产品相对于国外的产品来说其价格没有这么高，但是中小型用户想买也不容易。国外的如Meguro公司的MSW7625A型频率特性测试，价格是28570元；国内生产的如TX1322/D型频率特性测试仪，价格是5000元左右。所以对于中小型的用户来说，这样高的价格可能并不能被接受。这就造成了实际中需要频率特性测试仪的用户有许多，但是真正拥有的用户却不多的状况。
1.4选题背景及意义
扬声器生产线上，要对扬声器的低频特征频率F0进行测试，包括F0的频率值，频率特性在F0处的峰值大小。为了测量扬声器的频率特性，本文提出了一种简易的频率特性测试仪的设计方案。由于目前市场上测量频率仪器的价格过高，本文的设计都采用便宜的器件，实现一个低成本的频率特性测试仪。这样的频率特性测试仪具体有以下几个好处：
（1）减少体积，整个测试过程都在一块小小的电路板上完成。
（2）降低电量损耗，电路板的电源只有5V，可以大幅度降低功耗。
（3）节省成本，所有器件的花费都不高，可以降低生产成本，面向更多中小型用户。
1.5本文要解决的问题
(1)提出一个合理的设计方案；
(2)设计本文使用的信号源的硬件部分；
目 录
第一章 绪论 1
1.1频率特性测试仪原理 1
1.2频率特性测试仪发展历程的介绍 2
1.3目前市场上频率特性测试的状况 2
1.4选题背景及意义 3
第二章 频率特性测试仪的信号源设计 4
2.1信号源设计概述 4
2.2 DDS技术简介 4
第三章 系统硬件设计 7
3.1C8051F005单片机的简介 7
3.1.1ADC的工作方式 8
3.2系统硬件原理框图设计 9
3.2.1单片机控制电路 10
3.2.2通信接口电路 10
3.2.3相位测量电路设计 11
3.2.4峰值检测电路 12
3.3单片机电源电路设计 14
3.4单片机晶振电路和复位电路设计 15
3.5被测网络设计 16
3.6低通滤波器的设计 17
3.7键盘电路的设计 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1频率特性测试仪原理
首先，简单的介绍下频率特性测试仪的作用：从字面上来理解就是测量被测网络的频率，幅度，相位等特性的仪器。它在我们平时对电路进行整修、调试以及检查时能起到很大的作用。
在测量被测网络的频率曲线时，一般会采用点频测量法或者扫频测量法。下面介绍下两者的特点。
点频测
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
量法的原理：顾名思义，点频测量就是在显示屏上把信号的特征频率以点的形式表示出来，然后用平滑曲线把每个点连接起来，最后得到的就是特性曲线。
点频的特点是原理简单，需要的设备也不复杂。但是操作起来需要逐点测量，十分费时费力，而且由于频率离散，经常会发生遗漏掉一些突变点的情况。
扫频测量法的原理：将输出信号的频率按特定规律自动连续且周期重复，利用检波器把信号的幅频特性曲线在显示屏上描绘出来。
扫频的特点是可实现网络频率特性的自动或者半自动测量，不会出现点频中漏掉离散点的问题，而且得到的频率特性是实时的，在实际应用中这种方法明显更好。
扫频测量法就是频率特性测试仪所使用的方法。
其测量的原理框图如图11所示。
它的基本工作过程是[1]：首先通过电源变压器降压，再通过扫描锯齿波发生器，形成一个频率为50HZ的锯齿波，这个锯齿波在控制扫频信号发生器的同时，也在控制示波管电子束的水平方向扫描，因此每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的关系，并且是线性变化。当扫频信号发生器发出一个信号后，要先经过放大器放大信号，然后还要被衰减器衰减，最后进入到被测电路以后输出。其中宽带放大器加了自动增益控制器，因为扫频信号中有寄生调幅。扫频信号经过被测电路以后，再通过Y轴的电位器、衰减器，经放大器放大后到Y轴偏转板，最后在显示屏上反映扫描结果，由于扫频频率为50HZ，所以显示屏每秒显示50次，在人眼里看起来就是持续发光的一条曲线。
1.2频率特性测试仪发展历程的介绍
从频率特性测试仪所用的核心技术来分可分为四个阶段[2]：
第一个阶段：调制出来的信号是高频的靠的是使用50HZ的锯齿波，最后的结果会在阴极射线管上表现出来。这样的频率特性测试仪很容易受到干扰。尽管现在还有销售，但是从购买用户的反映来看，这种测试仪的频率飘移情况很严重。
第二个阶段：以压控振荡器[3]为核心，运用锁相频率合成技术[4]，配合A/D和D/A转换器，在微机或单片机控制下完成扫频功能。这种以压控振荡器为核心的频率特性测试仪主要通过两种方式来稳定输出的频率：（1）运用锁相频率合成技术；（2）在微机控制下的D/A转换器精度较高，这样可以使频率漂移降低到10HZ以下。但是在一些高速应用下，这种频率特性测试仪由于压控振荡器本身的性能限制，再加上环路稳定是需要一点时间的，所以受到了一定的限制。
第三个阶段：由于出现了直接数字频率合成（DDS）的技术，所以产生了一种叫数字式频率特性测试仪[5,6,7]。和前面两个阶段的频率特性测试仪比起来的话，它有许多更为先进的地方，例如：体积上小巧，操作起来也很简单，最终得到的测试结果也很准确。这样的频率特性测试仪在各方面的表现都十分出色，所以几乎所有的用户都更倾向于使用这种类型。
第四个阶段：在20世纪末随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪器技术[8,9]出现了,它在传统的仪器上实现了软件化。所谓软件化就是通过在计算机上对软件的处理就能完成对数据的采集，然后进行分析判断，存储以及把结果表现出来等功能。这种频率特性测试仪测量出来的结果非常精确而且从用户体验上也更人性化。这样性能强大的频率特性测试肯定会有很好的发展前景。
就目前来说，大部分使用的都是第二阶段和第三阶段的频率特性测试仪。虚拟仪器技术这个阶段的测试仪目前还处于开发阶段尚未成熟。
1.3目前市场上频率特性测试的状况
就目前我国频率特性测试仪的市场状况而言，需要用到的地方和用户有很多，但是实际上能够买得起的并不是很多。因为市面上的频率特性测试仪都不便宜，生产商们并没有考虑到中小型用户们的处境。
我国市场上国内出品的频率特性测试仪在种类，性能，技术等方面都稍逊于国外的产品。国外著名的品牌有Meguro、R/S、Fluck等。虽然国内的产品相对于国外的产品来说其价格没有这么高，但是中小型用户想买也不容易。国外的如Meguro公司的MSW7625A型频率特性测试，价格是28570元；国内生产的如TX1322/D型频率特性测试仪，价格是5000元左右。所以对于中小型的用户来说，这样高的价格可能并不能被接受。这就造成了实际中需要频率特性测试仪的用户有许多，但是真正拥有的用户却不多的状况。
1.4选题背景及意义
扬声器生产线上，要对扬声器的低频特征频率F0进行测试，包括F0的频率值，频率特性在F0处的峰值大小。为了测量扬声器的频率特性，本文提出了一种简易的频率特性测试仪的设计方案。由于目前市场上测量频率仪器的价格过高，本文的设计都采用便宜的器件，实现一个低成本的频率特性测试仪。这样的频率特性测试仪具体有以下几个好处：
（1）减少体积，整个测试过程都在一块小小的电路板上完成。
（2）降低电量损耗，电路板的电源只有5V，可以大幅度降低功耗。
（3）节省成本，所有器件的花费都不高，可以降低生产成本，面向更多中小型用户。
1.5本文要解决的问题
(1)提出一个合理的设计方案；
(2)设计本文使用的信号源的硬件部分；
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