1、基于的頻率特性測試儀操長茂（江漢大學物理與信息工程學院，湖北武漢）摘要：介紹了基于設計的頻率特性測試儀，整個系統以單片機為控制核心，實現了對被測網絡頻率特性的測量，用液晶顯示器顯示幅頻特性和相頻特性曲線，同時還可打印頻響曲線。關鍵詞：幅頻特性；相頻特性；單片機；中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（）（，）：，：； 引言傳統掃頻儀不僅價格昂貴，體積寵大，而且只能顯示幅頻特性曲線，不能得到相頻特性曲線，更不能打印被測網絡的頻響曲線，給使用者帶來諸多不便。為此，我們設計了一種頻率特性測試儀，該設計主要包括掃頻信號源、相頻特性測試電路以及幅頻特性測試電路三部分，其中信號源的設計采用技術。電路及相頻測試

2、電路均集成在中，幅頻特性測試電路由幅值檢波以及轉換電路完成。整個系統以單片機為控制核心，用液晶顯示模塊顯示頻響曲線，并可方便地與打印機連接，以實現頻率響應曲線的打印。總體框圖如圖所示，該系統與傳統掃頻儀相比，成本低，體積小，使用方便。掃頻信號源與頻率特性測試電路的原理及實現掃頻信號源采用技術，如圖所示。用（×）存儲正弦波的波形量化數據，用不同頻率的脈沖信號驅動地址計數器，計數器的輸出接到的地址線上，這樣在的數據線上就會周期地出現正弦波的量化數據，經轉換并濾波（平滑小鋸齒階梯）后可產生正弦波，幅值圖頻率特性測試儀框圖為，為了提高信號源的帶負載能力，加了一級二三年十二月44半導體技術第卷

3、第期圖掃頻信號源原理框圖寬帶功放。掃頻信號源頻率的步進調整是通過比例乘法器級聯電路實現的。如圖所示，高位置數為，低位置數為，在個脈沖內，端輸出個脈沖，同時由其端禁止低位（）對進行比例分配，這樣就會有個脈沖通過（）從直通輸出。個脈沖結束時，（）的端發出一個使能脈沖，則可以有一個脈沖從端進入。那么在個脈沖內，有×個脈沖在處直通輸出，有個脈沖從圖級聯電路端進入，按值比例分配后有個脈沖在處輸出，共輸出個脈沖，即（）。如同上述級級聯，預置、后，其級聯輸出頻率為（）。取晶振電路輸出頻率，（）×，即級聯輸出為預置頻率的倍。若單片機將鍵盤輸入值乘后作為預置數，可滿足輸出頻率為鍵盤輸入值的倍

4、頻關系。正弦數據表中個采樣代表一個周期，這樣就可實現數控輸出頻率。輸出頻率的穩定度與精度完全取決于晶振精度，頻率極穩定，無跳頻現象。頻率范圍為，最小步長為。如果要把掃頻信號頻率提高一個數量級，可增加一級，同時將切換成。相位檢測電路如圖所示。被測網絡的輸入輸December 2003圖相頻特性測試電路出信號經比較器后得到的方波，輸入異或鑒相器，鑒相器的輸入、輸出關系如圖所示。利用鑒相器的輸出作為門控信號控制計數器在一定個數周期的時間內計數，通過單片機讀出，并計算出相位差值。假設計數器在一個正弦波周期內計數，正弦信號頻率為，計數時鐘為，得到的計數值為，則相位差的計算公式為=360°

5、15;f 0×M /f ，本設計中取。圖中觸發器用于判斷與的相位關系，當為時，超前于，當為時，滯后于。圖相頻特性測試波形圖該部分電路設計中，器件選用公司的。使用原理圖輸入和輸入結合的方法，對級聯電路、×位、計數器、相位檢測電路均集成在中，這就大大簡化了外圍硬件線路的設計，增加了系統的穩定性，提高了速度。單片機與共有根線互相連接，其中根作為單片機送往 的控制總Semiconductor Technology Vol. 28 No. 1245（）（）的（）的線，由的，、構成（作為送往的控制總線；作為同步時鐘控制線；作為的應答信號線），另外根線用作數據線，由的完成。幅頻特性測試電

6、路由峰值檢波器、轉換器及單片機構成。由于被測網絡的輸入信號幅度是已知的，只要測出被測網絡輸出信號的幅度，即可計算出其增益（數），計算由單片機完成。為了保證在范圍內電容的充放電時間足夠短，要合理選擇參數，復位由軟件控制。范圍內的頻率響應曲線。有時需要把頻率響應曲線打印出來，為此，我們在設計本系統時，配有一個打印機接口。單片機控制部分單片機系統由、并口擴展、數據存儲器、×鍵式鍵盤以及地址譯碼電路構成。程序編制與電路調試中有兩個值得注意的問題：第一是步長問題。針對這一問題，我們通過改變步長的辦法解決，在低頻段取小步長，而高頻段取較大步長。在只觀察頻響曲線或只打印的情況下，由于不需要延時，故

7、可在全頻范圍取較小步長（） ，每步所需時間很短，能較快地顯示或打 印頻率特性曲線。第二個問題是增益與相移的滿量程問題。增益的量程我們定為±，較大增益的網絡通過衰減網絡接入，增益小于時被量化為。相移的滿量程為±°。實驗表明，設計的系統穩定可靠，相頻特性曲線與理論一致。參考文獻：朱定華單片機原理及接口技術電子工業出版社，李君凱利用圖形點陣式液晶作為智能儀表的用戶界面儀表技術，（）陳臣責：在系統可編程技術科學出版社，顯示模塊及打印機與單片機的連接該部分電路如圖所示。顯示模塊選用的圖單片機與、打印機的連接圖是，是一個全屏幕×點陣式液晶顯示器件，與單片機以位數據線和幾條控制線連接，不用外加控制器。顯示時由程序控制，既可顯示某一頻率點的頻率特性，也可顯示設定頻率作者簡介：操長茂（）男，武漢市人，講師，研究方向為微電子、測控技術。（上接第頁）表不同算法次實驗的仿真結果比較均勻分布，非均勻分布，最優解次數，（）：趙天緒，郝躍，周水生冗余單元最優分配