基于单片机控制的频率特征测试仪设计

2.2 幅频和相频特性设计

　　幅频特性测试电路由峰值检波器和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。

　　相频特性测试电路(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集成电路来产生扫频信号，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。