操你啦操bxx发烧友网 > 测量仪表 > 正文

基于AT89C51单片机和DDS器件实现频率特征测试仪的设计

2020年07月31日 14:45 次阅读

1、 引 言

频率特性是一个系统(或元件)对不同频率正弦输入信号的响应特性。如图1所示,被测系统输入幅值为Ar、角频率为ω的正弦信号,如果该系统是线性的,则其稳态输出也是正弦信号,频率ω不变,幅值为Ac,相角差为φ。改变ω可以得到一系列输入和输出数据。输出对输入的幅值比A(ω)=Ac/Ar与ω的关系曲线称为该系统的幅频特性,通常取20 lg A(ω)称为对数幅频特性。输出对输入的相角差φ(ω)与ω的关系曲线称为该系统的相频特性。幅频特性和相频特性综合称为频率特性,常用的是系统的开环频率特性即波特图。

基于AT89C51单片机和DDS器件实现频率特征测试仪的设计

一个系统的频率特征可通过频率特征测试仪来测定。频率特性测试仪也称扫频仪,用于测试被测网络的幅频特性。他可以测量被测网络的谐振频率、带宽、带外衰减、增益等,是操你啦操bxx领域的常用设备之一。模拟式扫频仪价格较贵,且不能直接得到相频特性,更不能保存频率特性图和打印频率特性图,给使用者带来了诸多不便,为此没计了此数字式频率特性测试仪。

2、 总体设计

单片机控制信号源产生标准正弦波,输入到被测网络;被测网络的输出分别输入幅度检测操你啦影院和相位检测操你啦影院,得到峰值和相位差值送入单片机进行处理;单片机处理后的结果一方面提供给LED实时显示,另一方面存人存储器,供示波器显示幅频、相频曲线。总框斟如图2所示。

2.1 扫频信号源的设计

扫频信号发生器是频率特性测试仪的核心,他提供被测网络输入所需的频率随时间在一定范围内周期变化的正弦信号。扫频信号产生的方法有锁相环(PLL)及可预置分频器、单片集成波形发生器、专用频率合成器件及直接数字频率合成(DDS)操你啦影院等。本系统采用单片机控制,利用EDA操你啦日日操,选用系统可编程逻辑器件ispCPLD芯片,构成直接数字频率合成器(DDS)来产生扫描正弦波。

直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthe-sis,DDS)是一种纯数字化方法。因为DDS具有超高速的频率转换时间,极高的频率分辨率和较低的相位噪声,在频率改变与调频时,DDS器件能够保持相位的连续,因此很容易实现频率、相位和幅度调制,此外DDS还具有可编程控制的突出优点。DDS主要由相位累加器、正弦ROM表和数模转换器等组成,其核心是相位累加器,他由一个N位字长的二进制加法器和一个有时钟fclk取样的N位寄存器组成,作用是对频率控制字进行线性累加。当相位增量为1,累加器的字宽为32位时,输出地址对应于波形的相位分辨率为l/232。正弦ROM表中存储着一张正弦函数查询表,对应不同的瞬时相位码输出不同的幅度编码。工作时往DDS中写入控制字到相位累加器并转化成瞬时相位,在外部参考时钟的作用下,每个时钟周期相位累加器累加相位步进一次,对应的幅度编码输出给数模转换器(D/A),把数字量转化为模拟量,再通过低通滤波器平滑后得到最后需要的信号。并且该模拟正弦波与一门限电压进行比较可得到同频率的方波时钟信号,他将所需正弦波一个周期的离散样点的幅值数字量存入ROM中,然后按一定的地址间隔(相位增量)读出,并经D/A转换器形成模拟正弦信号,再经低通滤波器得到质量较好的正弦信号。

信号发生器输出波形的频率f0定义为:

其中fc为晶振频率,k为分频比,N为相位累加器位数,M为相位累加器的增量(步长)。

本设计中取fc=32.768 MHz,k=50,N=16,代入上式可得:

这样只要控制M的值就可以准确地实现频率步进10Hz的要求。这里时钟频率为:

式中,△phase为频率控制字,sysclk为系统时钟,clkin为DDS的输入参考时钟频率,N为频率寄存器的位数,M为相位偏移寄存器的位数。频率控制字△phase决定着输出信号的频率值;最小频率分辨率由频率寄存器的位数N决定,N越大,频率分辨率越高;相位分辨率由相位偏移寄存器的位数决定,幅度分辨率由D/A转换器的精度决定。

2.2 幅频和相频特性设计

幅频特性测试操你啦影院由峰值检波器和D/A转换器组成。峰值检波器由“运放”和检波二极管构成。如图3所示。他将被测网络的输出信号峰值检出来(代表网络幅频规律),送往8位ADC0809模数转换器,数字化后再送单片机AT89C51进行处理。

幅频特征测试中常用的检波方式有峰值检波和有效值检波。但由于有效值检波无法达到设计要求的500 Hz~10 kHz频率变化范围,所以采用峰值检波。利用有源峰值检波器实现峰值测量,峰值检波器将被测网络的输入和输出信号的峰值检出,再送至A/D转换器完成量化。实际上,由于信号源的D/A及低通滤波器的特性能保证在100 Hz~100 kHz范围内的幅值保持不变,所以可以省去一路峰值检波器及A/D,而只采集被测网络的输出信号。

相频特性测试操你啦影院(框图如图4)由两个过零比较器、鉴相器、低通滤波器和A/D转换器组成。两个比较器由“运放”构成过零信号比较器,分别将被测网络的输入、输出正弦信号转换为数字信号。

鉴相器采用ETESTER实现。鉴相出被测网络的输入、输出信号的相位差信号,经过低通滤波器滤波得到被测网络的相移信号,送至ADC0809进行模数转换成数字量,再送到单片机进行处理。由鉴相器输出的脉冲信号的占空比与这两路信号的相位差成正比,即:

相位差=N1/(N1+N2)×360°

其中N1是高电平脉宽时间内的计数值,N2是低电平脉宽时间内的计数值。两路同频率不同相位的时钟信号PA和PB通过鉴相器epd后,将输出一路具有不同占空比的脉冲波形。其频率与输入频率相同,而占空比与PA和PB信号上升沿的时间有关。epd的脉宽等于PB和PA信号上升沿的时间差,这个时间差即为PB,他正好等于epd的占空比乘以360°。

2.3 频率特征的显示和打印

频率特性测试仪设计中包含两种显示方式,一种为LED显示数值,并可打印输出;另一种为用示波器显示频率特性曲线。我们参考的打印方式是在系统中设计一个RS 232串行口,利用MCU的串口功能实现与单片机AT89C51通讯,利用PC机的打印控制功能完成打印。

一般的示波器是输入模拟电压信号,即要将已经测量得到的幅频特性和相频特性数据经D/A转换为模拟电压量。因为使用单通道示波器显示幅频和相频两条曲线,所以可以使两条曲线分时显示在屏上的不同位置。为了便于观察,当输出幅频特性数据显示在屏幕上方时,可在D/A的输出相迭加一个正电压,由于示波器的扫描速度很快,相频看起来和幅频两条曲线同时显示在屏幕上。

3 、结语

该系统体积较小,由于选用的单片机是AT89C51,且单片机系统的程序较短,所以无需扩展EPROM和RAM。另外,由于使用了DDS集成操你啦影院来产生扫频信号,所以扫频信号的质量高,扫频范围较宽。但是,因为该系统使用的是点频法测量网络的频率特性,系统测绘时间略长。若要提高系统的扫频范围,可用输出频率更高的DDS器件。

实验表明,该系统稳定可靠,显示打印的幅频特征曲线与传统扫频仪所测得的曲线相符,绘制的频率特性图与理论一致。软件的操作使用和图形数据的处理非常方便,整个仪器的使用非常简单,是模拟式扫频仪无法相比的。

责任编辑:gt

下载发烧友APP

打造属于您的人脉操你啦操bxx圈

关注操你啦操bxx发烧友微信

有趣有料的资讯及操你啦日日操干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及操你啦日日操直播

操你啦操bxx发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

书童哥(龙顺宇)62讲生动课程带您玩儿转STM8单片机

【课程介绍】:朋友们大家好,本套视频教程由本人录制,现做为录播课程上传至操你啦操bxx发烧友网平台,感谢操你啦操bxx发烧友网让单片机学习的
发烧友学院发表于 2019-01-19 00:00 3016次阅读
书童哥(龙顺宇)62讲生动课程带您玩儿转STM8单片机

基于C8051F060和USBl00模块实现高速...

在工业控制现场,常常需要采集多路的现场数据,如电压、电流、温度、湿度、气压等。数据采集器将现场的模拟....
发表于 2020-07-31 15:59 0次阅读
基于C8051F060和USBl00模块实现高速...

基于8031单片机和转换系统实现大香蕉网站化浪涌电流测...

根据国家标准GB/4023-1997提出的浪涌电流的测试标准,参照美国国家半导体公司的测试标准及日本....
发表于 2020-07-31 14:35 25次阅读
基于8031单片机和转换系统实现大香蕉网站化浪涌电流测...

?/article/85/2020/高电压测量装置的组成原理及如何事项应用设计

线圈炮的测试和研究需要对大功率脉冲电容器上的电压进行测量。即在电容的额定电压下对电容进行不同电压的充....
发表于 2020-07-31 14:23 31次阅读
 ?/article/85/2020/高电压测量装置的组成原理及如何事项应用设计

通信网络测试仪中CAP消息的分析和如何进行解码

通信网络测试仪中的信令分析,针对的是协议栈一系列的传输层和应用层协议。仪表协议分析的基础,要能够实现....
发表于 2020-07-31 14:17 53次阅读
通信网络测试仪中CAP消息的分析和如何进行解码

基于MEMS和单片机实现惯性测量组件的数据采集系...

首先简介ADISl6355AMLZ型MEMS的原理、构成及应用。在此基础上,搭建一个硬件平台,采用内....
发表于 2020-07-31 10:16 49次阅读
基于MEMS和单片机实现惯性测量组件的数据采集系...

基于AT89S5l单片机和雷达操你啦日日操实现操你啦操bxx警察抓...

在雷达型操你啦操bxx警察系统中,雷达通过串口(RS232或RS485总线)向控制器发送车辆的速度信息,无车辆....
发表于 2020-07-31 10:04 32次阅读
基于AT89S5l单片机和雷达操你啦日日操实现操你啦操bxx警察抓...

六个层次详解:电磁兼容分层与综合设计法

人们在研发新产品时,往往急于实现产品的功能,于是沿用低频、低速时的经验,满足于利用软件将单片机、芯片和元器件连...
发表于 2020-07-31 07:30 0次阅读
六个层次详解:电磁兼容分层与综合设计法

关于电磁兼容的容性解决方案

共模(CM)去耦通常使用小电容(10~100nF)。小电容可以将不期望的高频电流在其进入敏感操你啦影院之前....
发表于 2020-07-30 16:10 32次阅读
关于电磁兼容的容性解决方案

上海开发了MCS-51的单片机开发系统

ELEXCON深圳国际操你啦操bxx展暨第六届嵌入式系统展设有嵌入式系统专区,同期举办第九届MCU操你啦日日操创新与嵌....
发表于 2020-07-30 15:29 223次阅读
上海开发了MCS-51的单片机开发系统

risc-v单片机使用分享

最近发现一直使用的ch340芯片的厂家出了risc-v内核的芯片,搞了块开发板尝尝鲜,没有开发过这种内核的芯片,查资料说要...
发表于 2020-07-30 15:27 0次阅读
risc-v单片机使用分享

饲料硬度计的作用是什么,它的工作原理的介绍

硬度是颗粒饲料品质检测的重要指标,颗粒饲料的硬度不仅影响粉化率和耐久指数,还影响适口性。适口性决定饲....
发表于 2020-07-30 13:58 79次阅读
饲料硬度计的作用是什么,它的工作原理的介绍

操你啦操bxx综合治疗仪,中频按摩程序问题的指导

中频按摩单片机C语言程序,谁能指导一下,谢谢 ...
发表于 2020-07-29 17:51 101次阅读
操你啦操bxx综合治疗仪,中频按摩程序问题的指导

基于C8051F020单片机和高速运放LM636...

伴随着操你啦操bxx操你啦日日操快速的发展,越来越多的人加入操你啦操bxx开发的大军。在学习操你啦操bxx操你啦日日操和研发项目的过程中,避免不了....
发表于 2020-07-29 15:59 95次阅读
基于C8051F020单片机和高速运放LM636...

基于铁电存储器的温度记录仪系统的软硬件设计

FM20L08是Ramtron公司近年推出的一款存储容量为128×8bits FRAM,其读写操作与....
发表于 2020-07-29 15:54 77次阅读
基于铁电存储器的温度记录仪系统的软硬件设计

各式单片机的封装知识合集

顾名思义,DIP(双列直插)就是两排引脚(双列)可以直接插到操你啦影院上使用(直插),一般在后面还会跟一个....
发表于 2020-07-29 13:03 118次阅读
各式单片机的封装知识合集

基于ADS8364与TMS320LF2407实现...

目前现有的测磁仪,采样使用的A/D大多为10位A/D,这使得其采样精度低,测量误差大,而且抗干扰能力....
发表于 2020-07-29 12:59 72次阅读
基于ADS8364与TMS320LF2407实现...

高性能DDS芯片AD9959的工作原理、特性及在...

直接数字频率合成方法具有传统方法所不具备的许多突出的优点:高频率分辨率、高频率切换速度、频率切换时相....
发表于 2020-07-29 12:42 76次阅读
高性能DDS芯片AD9959的工作原理、特性及在...

stm32f103全屏点亮oled出现杂点

/**   *   SPI_FLASH初始化   *   无   * @retval 无...
发表于 2020-07-28 15:30 223次阅读
stm32f103全屏点亮oled出现杂点

基于C8051F120单片机实现虚拟仪器测试系统...

虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器密切结合,构建虚拟仪器代替复杂笨重的模拟仪器是目前仪器发展的....
发表于 2020-07-28 14:58 56次阅读
基于C8051F120单片机实现虚拟仪器测试系统...

神经网络控制大香蕉网站车应用解析

Michal Nand[1] 在网站 HACKADAY.IO 上通过博文 Motoku Uprisi....
发表于 2020-07-28 09:53 103次阅读
神经网络控制大香蕉网站车应用解析

AT89S51实例教程(包含原理图&程序)

今天给大家分享一个51单片机应用的整合资料,里面包含了很多小设计,都是大学里面我用来自学的。其中不仅有操你啦影院原理图...
发表于 2020-07-28 08:00 575次阅读
AT89S51实例教程(包含原理图&程序)

基于采用多路采集操你啦日日操实现大香蕉网站变形检测系统的设计

目前,容栅传感器以其精度高、体积小、造价低、环境适应能力强、实现机电一体化的优点,在工程位移测量领域....
发表于 2020-07-27 18:22 152次阅读
基于采用多路采集操你啦日日操实现大香蕉网站变形检测系统的设计

采用8051系列单片机实现分布式静力测量系统的设...

数据采集模块用来将各类传感器的数据传送到CAN总线上。整个操你啦影院包括:看门狗X5045,单片机89C5....
发表于 2020-07-27 17:15 54次阅读
采用8051系列单片机实现分布式静力测量系统的设...

浅谈分布式屋顶电站EL测试仪和太阳能电池片

分布式屋顶电站EL测试仪,又称分布式电站的场致发光测试,是跟据硅材料的电致发光原理对组件进行缺陷检测....
发表于 2020-07-27 16:35 20次阅读
浅谈分布式屋顶电站EL测试仪和太阳能电池片

基于单片机和温度传感器实现专用测温系统的设计

引言 在许多传统行业中,多路高精度温度采集系统是不可或缺的。电厂、石化行业、钢铁厂以及制药厂等....
发表于 2020-07-27 15:23 108次阅读
基于单片机和温度传感器实现专用测温系统的设计

帐篷阻燃测试仪的试验目的以及它的优势介绍

帐篷阻燃测试仪实验目的:KS-84CPAI帐篷阻燃测试仪是依据标准CPAI_84_1995 账篷阻燃....
发表于 2020-07-27 13:47 26次阅读
帐篷阻燃测试仪的试验目的以及它的优势介绍

划痕测试仪的产品概述以及性能优势的介绍

划痕测试仪产品概述: 划痕试验仪是根据GB4943.1-2011第2.10.8.4条款、IEC609....
发表于 2020-07-27 11:28 24次阅读
划痕测试仪的产品概述以及性能优势的介绍

五指刮擦试验仪测试方法的概述及优势介绍

五指刮擦试验仪适用于行业: 五指刮擦试验仪用于各种汽车用内饰材料,如塑料、橡胶、皮革、织物、涂层材料....
发表于 2020-07-27 11:26 14次阅读
五指刮擦试验仪测试方法的概述及优势介绍

使用单片机实现电话拨号报警器的概述

随着人们生活水平的不断提高,家庭安全正在逐渐引起重视。在家庭住宅处安装防盗及险情报警系统,使主人能及....
发表于 2020-07-26 11:33 389次阅读
使用单片机实现电话拨号报警器的概述

使用单片机实现无线控制家电报警器的资料说明

由于经济的快速发展,人们生活水平得到较大的提高,生活节奏也越来越快,为此家电遥控和家庭安全也为人们所....
发表于 2020-07-26 11:33 349次阅读
使用单片机实现无线控制家电报警器的资料说明

关于旋转编码器在操你啦影院中的应用

旋转编码器在操你啦影院中的应用,主要是编码器脉冲识别使用单片机的。具体就是看A,B相位差,A超前B还是滞后....
发表于 2020-07-26 11:28 57次阅读
关于旋转编码器在操你啦影院中的应用

使用单片机实现语音报警系统的设计资料说明

单片机AT89C51采集设备的各种信息,根据不同设备和传感器,可以是压力、流量、温湿度、电压、电流等....
发表于 2020-07-26 11:07 503次阅读
使用单片机实现语音报警系统的设计资料说明

使用单片机实现路灯控制设计的详细说明

 利用单片机实现对路灯的大香蕉网站化控制受到人们越来越多的关注,控制系统的高稳定性、低成本和操作的简单化成....
发表于 2020-07-26 11:07 191次阅读
使用单片机实现路灯控制设计的详细说明

使用单片机实现汽车防盗报警系统的设计资料说明

从实际出发,设计一种家庭用、与电话线连接、操作简单、工作稳定可靠的远程大香蕉网站防盗报警装置。当人们外出时....
发表于 2020-07-26 11:07 67次阅读
使用单片机实现汽车防盗报警系统的设计资料说明

使用单片机实现一个灯光控制系统的源代码

以上程序使用PIC12C508单片机,内部4MHZ时钟,4脚输入50HZ脉冲信号,7,6,3脚(GP....
发表于 2020-07-26 10:35 83次阅读
使用单片机实现一个灯光控制系统的源代码

换色器的工作原理及设计方案详细说明

舞台灯光效果设计是舞台场景设计的重要组成部分。目前国内使用的各种新型灯光设备,如换色器、调光器、电脑....
发表于 2020-07-26 10:35 76次阅读
换色器的工作原理及设计方案详细说明

如何实现一个大香蕉网站控制开关电源的设计

大香蕉网站控制开关设计电源,单从对电源输出的控制来说,可以有几种控制方式。 其一是单片机输出一个电压(经D....
发表于 2020-07-26 10:35 124次阅读
如何实现一个大香蕉网站控制开关电源的设计

设计一个多路多功能的智力竞赛抢答器资料说明

我们为适应高校等多代表队单位活动的需要一个多路抢答器设计 ,讲述了操你啦影院各部分的设计及功能 ,并说明了....
发表于 2020-07-26 10:34 323次阅读
设计一个多路多功能的智力竞赛抢答器资料说明

利用hc595与定时中断驱动数码管60秒计数在proteus内计数间隔有误

利用hc595驱动数码管做一个60s计时,在如图所示j=0处设置断点,在keil内调试sec显示60s,没有错误,但是在proteus内仿...
发表于 2020-07-26 01:40 90次阅读
利用hc595与定时中断驱动数码管60秒计数在proteus内计数间隔有误

【MYMINIEYE Runber蜂鸟开发版免费试用连载】Runber蜂鸟开发版开箱初体验

昨天刚刚收到了发烧友平台提供的 MYMINIEYE Runber蜂鸟开发版,是一块非常小巧的板子,i了i了,很适合去做项...
发表于 2020-07-25 16:31 205次阅读
【MYMINIEYE Runber蜂鸟开发版免费试用连载】Runber蜂鸟开发版开箱初体验

单片机主程序为什么要死循环

单片机从启动开始,首先要建立一个系统的工作初始环境和基本数据,这部分程序称为初始化。
发表于 2020-07-25 11:43 295次阅读
单片机主程序为什么要死循环

为什么我命令写得进去,显示数据全是乱码

#include "bsp_SysTick.h" u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte,u8 dc);void LCD_Set_Pos(u8 x, u8 y);...
发表于 2020-07-24 16:58 371次阅读
为什么我命令写得进去,显示数据全是乱码

基于温度传感器和单片机实现轴类零件温度测量系统的...

零件在加工过程中由于受各种热的影响而产生变形, 从而导致原有的加工精度遭到破坏或直接引起加工误差。对....
发表于 2020-07-24 15:53 77次阅读
基于温度传感器和单片机实现轴类零件温度测量系统的...

使用PC/104模块实现通用舵机系统的故障诊断测...

该系统采用嵌入式计算机PC/104,PC/104与PC/AT体系结构完全兼容,大小只有90mm×96....
发表于 2020-07-24 14:38 77次阅读
使用PC/104模块实现通用舵机系统的故障诊断测...

采用双传感器组合和微处理机操你啦日日操实现航海计程仪系统...

在航海系统中,采用计程仪连续测量运动中船舶的速度并计算出船舶的累计航程。本文所设计的计程仪系统采用双....
发表于 2020-07-24 12:29 56次阅读
采用双传感器组合和微处理机操你啦日日操实现航海计程仪系统...

采用AT89C52芯片实现温度控制和显示系统的设...

本温度控制和显示系统是一个闭环反馈控制系统,它用温度传感器将检测到的温度信号经放大,A/D转换后送入....
发表于 2020-07-24 10:50 267次阅读
采用AT89C52芯片实现温度控制和显示系统的设...

stm32单片机外部晶振操你啦影院

如图,8M晶振,那个1M的电阻是干什么的?为什么这么大? ...
发表于 2020-07-24 10:04 266次阅读
stm32单片机外部晶振操你啦影院

单片机与物联网的联系,未来单片机的发展趋势是什么?

      单片机与物联网的联系,未来单片机将有怎么样的发展趋势?...
发表于 2020-07-24 08:03 0次阅读
单片机与物联网的联系,未来单片机的发展趋势是什么?