基于单片机和FPGA的扫频仪设计

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1、万方数据第18卷V01．18第7期No．7电子设计工程ElectronicDesignEngineering2010年7月Jul．2010基才单片机和FPGA的扫频仪设计徐安莹，袁丁，徐逢秋(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079)摘要：以89S52单片机和FPGA为控制核心。设计了一个测试四端网络幅频特性和相频特性的扫频仪。系统功能分为扫频信号产生、幅频特性测试、相频特性测试等模块；而操作部分包括矩阵键盘、点阵式液晶显示器、波形显示电路。系统可以测量未知网络特定频率点的频率特性。此外。用户还可以通过键盘设置扫频信号的上下限，并利用示波器精确的显示幅频、相频曲线。关键词：89S52

2、；FPGA；扫频信号；幅频特性；相频特性；波形显示中图分类号：TM935文献标识码：文章编号：1674-6236(2010)07-0170-03Designofscannerbasedonsingle—chipandFPGAXUAn—ying，YUANDing，XUFeng-qiu(SchoolofElectronicInformation，WMumUmve惜ity，Wuhan430079，China)Abstract：Thereisadesignofascannertotesttheamplitude-frequencyandphase-frequencycharacteristic

3、ofafour-portnetwork。having89S52singlechipandFPGAselVeasitscontrolCOre．Thefunctionsectionofthesystemincludesscanningsignal-engendered，amplitude-frequencytestingandphase-frequencytesting．Andtheoperatingsectionincludesmatrixkeyboard，LCDandwaveform—showingcircuit．Bytappingcertainkeys，thecustomersCan

4、testthedynamicsystemfrequencyresponsepropertyofcertainfrequencyoftheunknownnetwork，alsothelowerlimitandupperlimitoffrequencyscanningoutputsignalCanbechoosed．Thecurveofamplitude—frequencyandphase-frequencypropertyCanbeshownontheoscillograph．Keywords：89S52；FPGA；scanningsignal；amplitude-frequencych

5、aracteristic；phase-frequencycharacteristic；waveform·shown一个网络的频率特性包括幅频特性和相频特性．在系统设计时。各个网络的频率特性对该系统的稳定性、工作频带、传输特性等都具有重要影响。实际操作中，扫频仪大大简化了测量操作。提高了工作效率，达到了测量过程快速、直观、准确、方便的目的。在生产、科研、教学上得到广泛运用m。本设计采用数字频率合成技术产生扫频信号。以单片机和FPGA为控制核心．通过MD和D／A转换器等接口电路，实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性参数的显示。1系统总体方案及设计框图1．1系统总

6、体方案将输出频率步进可调的正弦扫频信号源作为被测网络的激励V；。可得被测网络的响应为V。。通过测量各频率点的幅度就可得到V。和l，；的有效值，两者之比就是该点的幅度频率响应；对I，。和I，i进行过零比较、整形，再送到FPGA测量相位差。即可得到相频特性圆。收稿日期：2009一ll一28稿件编号：2001911072基金项目：武汉大学大学生科研项目(S2008215)设激励信号Vi=x(n)=Acos(taon们，稳态输出信号Vo--y(凡)。利用三角恒等式，可将输入表示为两个复指数函数之和：茗(n)=g(凡)∥(n)，式中，g(n)=112AeCem'。对于输入为e岫。线性时不变系统稳

7、态输出为H(eh)e蝴。根据线性性质可知，输入g(n)的响应口(厅)为：口(／／,)=I／2AerH(eh)em。同理，输入矿(n)的输出口+(n)是∥(n)的复共轭。于是得到输出Y(n)的表达式：Y(，1)刮(n)抑4(n)y(n)=l／2A—H(一)e”+1，2Ae4'H(e-g,)e-i-鲥in(扩)lcos(toon+qtoo+f)。因此．输出信号和输入信号是频率相同的正弦波，仅有2点不同：1)振幅被IH(一)I加权，即网络系统在∞锄的