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1、簡易幅頻特性測試儀摘要根據(jù)題目要求，設(shè)計了一種幅頻特性測試儀。采用精度為8位的DAC芯片DA0832，產(chǎn)生有效值為1V的正弦波。采用具有10位ADC功能的單片機STC12C5A60S2，實現(xiàn)被測信號的檢測。采用運算放大電路，實現(xiàn)提高輸入阻抗和降低輸出阻抗的目的。采用按鍵功能，可設(shè)定輸出正弦波的頻率。經(jīng)測試，該幅頻測試儀能夠輸出有效值為1V的正弦波、無明顯失真、全頻段幅度誤差在%，輸出正弦波的頻率范圍為100-10kHZ、誤差為%，交流信號的測量精度為%、分辨率為0.01V，輸出阻抗小于10Ω，輸入阻抗大于100k。關(guān)鍵詞：DAC083210
2、位ADC頻率可調(diào)正弦波目錄1方案論證與比較11.1總體思路11.2各模塊方案的選擇與論證22系統(tǒng)設(shè)計52.1總體設(shè)計52.2硬件電路設(shè)計52.2.1拉力值測量模塊52.2.2電機驅(qū)動模塊82.2.3透明膠被拉動距離測量模塊83軟件設(shè)計103.1算法的標定實驗103.2軟件流程144系統(tǒng)測試164.1測試儀器、設(shè)備164.2測試方法步驟與結(jié)果分析174.2.1拉力值的測試174.2.1拉伸距離的測試175結(jié)論18參考文獻：19附錄：20附1：電路圖20附2：實驗測試圖21附3：實物圖221方案論證與比較1.1總體思路根據(jù)題目的要求，該幅頻特性
3、測試儀的功能是能夠輸出可調(diào)頻率的正弦波給被測電路，并測量經(jīng)過測量電路后的正弦波信號的變化，從而得出被測電路的幅頻特性。其原理：當被測電路的輸入為正弦信號時,則輸出的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)也是一個正弦信號,其頻率和輸入信號的頻率相同,但幅度和相位發(fā)生了變化,而變化取決于角頻率X。若把輸出的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和輸入正弦信號用復(fù)數(shù)表示,并求它們的復(fù)數(shù)比,則得公式（1-1）：（1-1）其中G（j）稱為頻率特性,A（）是輸出信號的幅值與輸入信號幅值之比,稱為電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性。ej()是輸出信號的相角與輸入信號的相角之差,稱為相頻特性。其中,電路幅頻特性是電路網(wǎng)絡(luò)的一個重要特
4、性,本文探討電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性參數(shù)的測試。在實際測量中,用一個隨著時間按一定規(guī)律,并在一定頻率范圍內(nèi)掃動的信號對被測電路進行快速、定性或定量的動態(tài)測量,給出被測電路網(wǎng)絡(luò)的電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性實時測量結(jié)果。測量原理見圖1-1：圖1-1測量原理為了顯示被測電路在不同頻率下，輸出信號對輸入信號的放大倍數(shù)圖像，必須要有顯示模塊。為了能控制儀器輸出不同范圍的頻率，必須要有按鍵輸入模塊。圖1-2幅頻特性測試儀原理框圖21經(jīng)以上總體思路分析，得出以下系統(tǒng)原理圖，如圖1-2所示。由本系統(tǒng)產(chǎn)生正弦激勵信號去激勵被網(wǎng)絡(luò)，通過采集輸入被測網(wǎng)絡(luò)之前的信號幅值與從被測網(wǎng)絡(luò)
5、出來的信號的幅值，相除得到被測對各頻率正弦信號的增益情況，從而得出被測網(wǎng)絡(luò)的電路網(wǎng)絡(luò)幅頻特性。1.2各模塊方案的選擇與論證根據(jù)幅頻特性測試儀原理框圖可知，該測試儀主要由四部分組成，分別為正弦波發(fā)生模塊、控制模塊、交流信號幅值檢測模塊和顯示模塊。下面對這四部分進行方案的選擇與論證。（1）正弦掃頻信號發(fā)生模塊方案正弦掃頻信號發(fā)生器是本設(shè)計的核心部分。要求能產(chǎn)生優(yōu)于5HZ誤差的頻率，且在100HZ~10KHZ范圍內(nèi),步進為100HZ。方案一：采用傳統(tǒng)的直接頻率合成法合成。經(jīng)過混頻、倍頻、分頻網(wǎng)絡(luò)和帶通濾波器完成對頻率的算術(shù)運算。但由于采用大量的模
6、擬環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，成本高，而且容易引入干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，難以達到較高的頻譜穩(wěn)定性。方案二：采用鎖相環(huán)間接頻率合成（PLL）。雖然具有工作頻率高、寬帶、頻譜質(zhì)量好的優(yōu)點，但是由于鎖相環(huán)本身是一個惰性環(huán)節(jié)，鎖定時間較長，故頻率轉(zhuǎn)換時間較長，很難滿足系統(tǒng)要求的高速度指標。另外，由于模擬方法合成的正弦波參數(shù)都很難控制，不易實現(xiàn)。方案三：采用直接數(shù)字式頻率合成（DDS）。其原理如圖1-3所示，用控制芯片的存儲器儲存的所需波形量化數(shù)據(jù)，按不同頻率要求，以頻率控制字為步進對相位增量進行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存
7、放在存儲器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和幅度控制，再濾波即可得到所需波形。由于DDS具有帶寬很寬，頻率轉(zhuǎn)換時間極短（小于20μs），頻率分辨率高，全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成等優(yōu)點，以及輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控，完全可以滿足本題目的要求。DDS有著較多的優(yōu)點，但是DDS技術(shù)也有內(nèi)在的缺陷——雜散噪聲。圖1-3DDS原理框圖為了全面實現(xiàn)題目的要求，選擇最合適的三號方案作為正弦波掃頻信號發(fā)生器的核心，實現(xiàn)高速、高精度、高穩(wěn)定性的正弦信號輸出。21（2）控制模塊方案方案一：用FPGA等可編程器件作為控制模塊的核心。FPGA可以實現(xiàn)各種復(fù)
8、雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，體積小，穩(wěn)定性高，易于功能擴展，采用并行的輸入/輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。就FPGA的制造工藝而言，F(xiàn)PGA
