資源描述：
《簡易相頻特性測試儀》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、相頻特性測試儀參賽隊員：陳麗鳳劉科劉水源指導老師：王建波摘要：本系統(tǒng)以STM32單片機為核心，利用單片機的DA模擬DDS原理產(chǎn)生正弦信號，經(jīng)低通濾波器和隔直電容后得到平滑的正弦波；然后利用分兩路信號輸出，一路經(jīng)過比較器得到方波信號，另一路信號先經(jīng)過帶通濾波網(wǎng)絡(luò)后得到移相的正弦波，再通過比較器得到方波信號，兩路方波信號經(jīng)過異或門得到一個方波信號，方波信號的正頻寬即可代表相移度數(shù)；同時這兩路信號也進入D觸發(fā)器的輸入端，通過輸出端判定相位超前還是滯后關(guān)系。最后通過單片機的AD采集異或門芯片的輸出端，經(jīng)過計算后求出相位差。?關(guān)鍵詞：DDS；異或門；
2、D觸發(fā)器；相位差一、方案論證與對比1.正弦信號產(chǎn)生方案選擇方案1：采用專用DDS芯片。優(yōu)點是硬件電路簡單，無需對輸出信號進行二次處理。缺點是價格比較昂貴。?方案2：采用單片機模擬DDS原理輸出正弦信號。優(yōu)點是成本較低，只需將正弦波形表存于單片機FLASH中，然后利用DA按照設(shè)定的方式輸出正弦波形表中的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過低通濾波后就可以得到平滑的正弦波。缺點是需要對濾波器精心設(shè)計，否則得到的波形將會失真。最終本作品選擇了該方案。2.鑒相方案選擇方案1：雙邊帶調(diào)制法，通過模擬乘法器實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制從而得到常量Umcos(ф1?ф2)和以2w為角頻率的
3、余弦信號Umcos(2wt+ф1+ф2)，其中Um?=?0.5U1mU2m。通過低通濾波器濾除交流信號，便可以得到只包含有Umcos(ф1?ф2)分量的直流分量。在通過對兩路正弦信號進行整流和濾波得到U1m?、U2m，就可以計算出相位差的余弦，對其求反余弦便可以得到相位差。該方案在整流和AD采樣將會引入一定的誤差，并且原理復雜。方案2：相位差-時間轉(zhuǎn)換法，將相位差的測量轉(zhuǎn)換為測量兩個正弦波形對應(yīng)點的時間間隔，通過過零比較轉(zhuǎn)換為方波，測量方波上升沿的時間差，達到測量相位差的目的。該方案的優(yōu)點是原理比較簡單，測量精度高。缺點是過零比較時容易受到
4、干擾信號的影響而產(chǎn)生毛刺。最終本作品選擇了此方案。1.顯示方案選擇方案1：外部觸發(fā)方式。優(yōu)點是只需一個DA用于輸出信號，然后利用一個IO口產(chǎn)生觸發(fā)信號。缺點是實現(xiàn)信號與觸發(fā)信號之間的同步比較困難。?方案2：XY方式。利用兩路DA分別輸出Y方向的信號和X方向的鋸齒波，從而可以在示波器上顯示穩(wěn)定的波形。優(yōu)點是實現(xiàn)方式比較簡單，對信號同步要求較低。缺點是需要占用兩路DA。最終本作品選擇該方案。?系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，利用單片機DA模擬DDS原理產(chǎn)生階梯狀正弦信號，經(jīng)過低通濾波后得到平滑的正弦波，然后信號將分兩路進行處理。其中一路直接經(jīng)比較器得到
5、方波；另一路進入被測網(wǎng)絡(luò)，然后進入運算放大和電壓比較電路得到方波信號。然后將得到的兩路方波信號一路經(jīng)過異或門得到表示相移量的方波；另一路經(jīng)過D觸發(fā)器得到表示相位超前或者滯后的電平。最后通過單片機的AD采集。對相頻特性曲線的顯示則通過XY方式在示波器上顯示。?單片機輸出正弦波低通濾波器電壓跟隨器電壓比較器被測網(wǎng)絡(luò)電壓比較器異或門D觸發(fā)器STM32圖1一、理論分析與參數(shù)計算、電路設(shè)計1.正弦信號產(chǎn)生電路分析由DDS原理可知，將正弦波數(shù)據(jù)表存于單片機中，然后利用單片機的DA將其輸出，就可以得到包絡(luò)為正弦的階梯波，然后經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量從而
6、可以得到平滑的正弦波。為了保證輸出精度，規(guī)定每個周期最少輸出10個點。設(shè)定點與點之間輸出時間間隔為50uS。因此，在頻率為2KHZ時每個周期輸出10個點；頻率為100HZ時，每個周期輸出2000個點。將含有2000個點的正弦波形表存于單片機中，通過改變?nèi)↑c步進從而可以達到改變正弦波輸出頻率的目的。經(jīng)計算，當取點步進STEP=1時，輸出2000個點,輸出頻率為10HZ；當取點步進STEP=2時，輸出1000個點，頻率為20HZ；……取點步進STEP=10時，輸出200個點，頻率為100HZ；……取點步進STEP=200時，輸出10個點，頻率為
7、2KHZ。由此得到的正弦信號的頻率范圍為10HZ到2KHZ，完全滿足題目要求，而且頻率步進可以達到10HZ，滿足發(fā)揮部分第一條指標。低通濾波器的設(shè)計十分重要，它決定了能否得到平滑且不失真正弦波。DA輸出的波形中除了包含有所需的頻率為f0的正弦波外，還含有存在于調(diào)制信號兩邊的各次諧波分量。其中影響最大的是鏡頻干擾，因此必須將其濾除，所以將低通濾波器的截止頻率設(shè)計為20KHZ。濾波器電路如圖2所示。?由于DA輸出的正弦信號含有直流分量，因而需要通過隔直電路除去才能得到標準的正弦信號，隔直電路如圖3所示。圖2圖31.鑒相電路分析首先將輸入輸出信號
8、分別通過電壓比較器整形為方波，然后送鑒相器鑒相，經(jīng)低通濾除其中的交流成份，取出直流成份，得到被測網(wǎng)絡(luò)相移信號，送A/D進行數(shù)據(jù)采集。原理框圖如圖4所示：圖4本系統(tǒng)鑒相器利用CD4
