单片机基础上滤波器幅频特色自动测试技术的概述
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现有生产中对滤波器幅频特性参数的测量釆用传统的测量方式,即信号发生器作为扫频信号源,通过手工旋钮的方式改变信号发生器频率,找出滤波器输出信号最大值,计算出滤波器增益,继而得出滤波器上下截止频率点处输出信号幅值,调整信号发生器频率,找出滤波器上下截止频率。此种方法得出的滤波器参数准确、可靠。但是也有一个致命缺点,费时、费力。为适应大规模生产测试的需要,迫切需要一种滤波器幅频特性自动测试系统,为解决这种需要,本文设计了一种基于单片机的滤波器幅频特性自动测试系统。本论文提出了低成本的滤波器幅频特性测试技术,通过原理推导和实际测量验证了本设计的可靠性。本文采用单片机控制可编程DDS实现低通幅频特性测试原理,它的中心思想就是构建一个通用化的硬件平台,根据不同要求,只需升级或改变控制程序就可完成多种功能。本方案设计的低频幅频特性测试仪以NXPLPC1114为核心,釆用频率合成器、整流滤波、A/D转换、液晶显示、键盘控制等部分进行智能全自动化综合系统设计,小巧便利,价格实惠,测试维护十分简便,也利于功能扩展。系统利用DDS或NXP产生一个幅度可调且频率随时间连续变化的信号作为被测网络的扫频信号,扫频信号经过被测网络后,其幅度会根据被测网络的幅频特性做一定变化,单片机对被测网络的输出信号进行釆样和处理,得到输出信号的幅度有效值,然后送到液晶显示模块,通过液晶显示器就可以直观的得到被测网络的幅频特性。本设计具有如下优点:(1)扫频范围IKHz?12KHZ,完全满足低频段测试要求。(2)操作简便迅速。(3)体积小、重量轻。(4)成本低、应用灵活。(5)测量的频率特性曲线具有相当完整性。由于扫频信号的频率是连续变化的,因此测量的幅频特性曲线是完整的,克服了点频测量法中频率特性曲线不完整的缺陷。(6)较高的灵敏性。当被测系统受到外界干扰时,在幅频特性曲线上就能观察到干扰的情况,可以方便的对电路采取改善措施。(7)图示直观性。本设计实现了图示测量,实测曲线与仿真曲线同时显示,可以一方面观察幅频特性形状,另一方面调节电路中的元器件,从而可以很方便的把幅频特性曲线调整到理想的状态。
该滤波器幅频特性自动测试仪的功能是能够输出可调频率的正弦波给被测滤波器,并测量经过滤波电路后的正弦波信号的变化,从而得出被测电路的幅频特性。下面是幅频特性检测的大致步骤即本文安排:第一章是前言,介绍了课题的研究背景,国内外对幅频特性测试系统的研究现状,以及论文的选题背景及意义。第二章主要是系统的系统设计部分,首先对滤波器的设计原则与方法进行了介绍,然后设计了一个六阶带通滤波器,对电路原理进行了设计仿真,最后提出了系统设计原理、设计指标与系统结构。第三章主要介绍了硬件电路部分的设计输入与设计输出。采用直接数字式频率合成的方法产生正弦波。选取LM324作为幅度控制电路,矩阵式键盘用来完成功能选择、参数输入。第四章主要是信号处理部分,单片机与上位机之间进行串口通信,方便进行数据处理、仿真,最后进行绘图。第五章主要介绍图形用户界面GUI,系统测试方法与不同测试方法对比,章末进行了误差分析。第六章对整篇文章进行总结,最后提出改进措施。
3滤波器幅频特性自动测试系统硬件电路设计……………………17
3.1正弦扫频信号发生模块………………17
3.1.1正弦扫频信号方案选择………………17
3.1.2 DDS基本原理………………18
3.1.3 DDS芯片介绍………………19
3.1.4 AD9833芯片波形产生原理 ………………20
3.1.5 DDS硬件设计………………20
3.2数据处理及控制电路………………22
3.3幅度控制模块………………23
3.3.1芯片简介………………24
3.3.2幅度控制电路………………24
3.4键盘及显示模块………………25
4滤波器幅频特性自动测试系统软件设计……………… 31
4.1软件幵发环境………………31
4.2软件设计方法………………32
4.3系统流程图………………37
5滤波器幅频特性自动测试系统测试方法……………… 39
5.1 GUI图形用户界面………………39
5.2系统测试………………40
结论
本设计是研究一种简易型滤波器幅频特性测试仪,体积小,性价比高,能测量幅频特性曲线,能够满足科研和教学的需求。在对滤波器幅频特性测试技术研究现状进行分析后,确定了系统的主要性能指标并提出了系统设计的总体方案。本文详细阐述了基于DDS技术的扫频信号发生器、幅度控制电路、控制及数据处理单元的硬件和软件设计。到现在为止,主要进行了以下工作:(1)对滤波器幅频特性测试技术的研究现状进行分析,确定了本系统的主要设计指标。(2)介绍了滤波器的设计原则与方法,设计了一个六阶带通滤波器,并进行了仿真。(3)采用DDS芯片AD9833设计了扫频信号源发生电路,测试并计算了输出频率的精度以及输出频率与输出幅度的线性关系。(4)利用LM324芯片设计了幅度控制电路。(5)完成了控制及处理单元以及人机接口电路的硬件设计。(6)系统GUI设计,将被测滤波器仿真曲线与实测曲线同时显示,可以方便的对滤波器进行调整。