1、摘 要頻譜分析儀的根本功能是測量信號的幅度/頻率響應，可以完成諸如頻譜成分分析、失真測量、調制信號譜分析、信號衰減測量、電子組件增益測量等。其根本工作原理是，掃頻本振的頻率隨鋸齒波發生器的輸出在一定范圍內掃描，使不同頻率的輸入信號與本振混頻后，依次落入分辨率帶寬濾波器通帶內，進一步放大、檢波后加到Y放大器，亮點在屏幕上的垂直偏移正比于該頻率分量的幅值。由于掃描電壓在調制振蕩器的同時，又驅動X放大器，從而可以在屏幕上顯示出被子測信號的頻譜。本系統是根據外差原理設計并實現的頻譜分析儀。利用DDS芯片生成10KHZ步進的本機振蕩器，AD835做混頻器實現頻率的合成，通過濾波器取出各個頻點相隔10KH

2、Z的值，再配合放大，檢波電路收集采樣值，經單片機SPCE061A處理，最后送給示波器顯示頻譜。測量頻率范圍覆蓋130MHZ，該系統也可以根據用戶的需要設定顯示頻譜的中心頻率和帶寬，還可以識別調幅，調頻和等幅波信號。 關鍵詞 頻譜分析，混頻，濾波，外差原理 AbstractSpectrum analyzer to measure the signal is the basic function of the amplitude/frequency response can be finished such as spectrum composition analysis, distortion

3、measuring, modulation signal spectrum analysis, signal attenuation measure, electronic component gain measurements. Basic working principle is, sweep frequency this the vibration of the frequency with the output of sawtooth wave generator in a certain range of different frequency scanning, make the

4、input signal and the resonance frequency mixing, ordinal fall within bandpass filter bandwidth resolution, further amplification, after detection of amplifier, highlights added to Y in screen is proportional to the vertical migration of the amplitude frequency components. Due to scan voltage in modu

5、lation oscillator, and meanwhile, thus can drive X amplifier is shown on the screen in the spectrum of the measured signal quilt.This paper adopts heterodyne principle design and realize the spectrum analyzer. Use 10KHZ DDS chip generation step of this machine oscillators, AD835 do mixers, through t

6、he filter remove each frequency (10KHZ) value apart, coupled with amplifier, detection circuit to collect samples values of sunplus SPCE061A processing by MCU, finally send oscilloscope display spectrum. Measure frequency range covers 1-30MHZ according to user need to set the display spectrum of cen

7、ter frequency and bandwidth, still can identify am, FM and amplitude wave signal.KEY WORDS Spectral analysis, mixing, smoothing, heterodyne principle11. Have a good rest. I hope you feel b_ soon.12. He looks a_ . What did you say to him ?13. If you have a t_ , you should see a dentist.14. Dont think

8、 much of the r_ of the exam .15. You must look a_ your health. 16. The doctor said , “Open your m_ and say Ah17. She has a f_ . She should drink lots of water.18. Chinese doctors b_ we need a balance of yin and yang to be healthy.19. He is t_ . He wants to have some water.20. - Can I have a look at

9、your photos ? - Yes, of c_ .三、用括號內所給的詞的正確形式填空(10分).21. My _ lifestyle helps me get good grades. (health)22. He is kind of unhealthy. He _ ever exercises. (hard)23. You should _ some hot tea with honey. (drink)24. You look too _ out . Try to relax yourself. (stress)25. Chinese medicine is popular in

10、many _ countries. (west)26. Mom _ me to eat more vegetables. (want)27. Alice is tired and has a lot of _ . (head)28. You must try to eat _ meat and exercise every day. (little)29. A cat has four _ . (foot)30. What about _ every morning ? (run)四、情景交際每題1分，共5分第 I 條 根據對話內容與上下文，完成對話，每空填一詞，縮寫算一個詞。A: Hello

11、. Im a _ (31) from CCTVs Healthy Living Show. Can you help me?B: _ (32) .A: May I ask you some _ (33) about your life ?B: I dont _ (34) . You can ask me anything you want.A: You look fit強壯的. Do you _ (35) every day ?B: Yes. I go running every morning and then I cook good breakfast.A: Thats good. How

12、 _ (36) do you eat fruit ?B: _ (37) a day. I usually eat fruit for breakfast and dinner.A: What about vegetables ?B: I eat vegetables every day. But I dont like eating carrots. I cant _ (38) them.They are awful.A: Really ? I dont like carrots, either. Do you often eat junk food, such as chocolate, p

13、otato chips and so on ?B: No, I hardly ever eat it. Its _ (39) good for health.A: Now I know why you are fit. You have a good living habit. Thank you for _ (40) me very much.(B) 從方框中選擇適當的句子填空，補全對話。A: Mum, _ (41)B: Whats the matter with you ?A: _ (42)B: _ (43)A: About one hour ago.B: What did you eat

14、 for breakfast ?A: _ (44)B: An apple? No more ?A: No more.B: Oh! _ (45) You should have some porridge.五、根據中文意思，完成以下句子，每空填一詞，縮寫算一個詞。每題1分，共分46. 關于說英語，有些學生說得挺好。_ _ speaking English, some students speak well.47. 你怎么了？我背疼。Whats the matter with you ? I have a _ _ .48. 我們可以一周練習一兩次鋼琴。We can practice the pia

15、no _ or _ a week.49. 保持健康是很重要的。Its important to _ _ .50他最喜歡的節目是動物世界。His _ _ _ _ is Animal World.六、完形填空每題1分，共分What do the people usually do on weekends ? Some people like to 51 at home, but others like to go out for a walk or play football . Mr Smith 52 hard in a factory during (在期間) the 53 . On the

16、weekends, he usually 54 the same thing. On Saturday he washes his car and on 55 he goes with his family to a village村莊by car. His uncle and aunt 56 a farm there . It isnt a big one, but there is always 57 to do on the farm. The children help with the animals and give them some 58 . Mr and Mrs Smith

17、help in the field. At the end of the day, they are all 59 and Mr Smiths aunt 60 them a big meal. ( ) 51. A. play B. stay C. be D. so( ) 52. A. works B. does C. makes D. studies( ) 53. A. day B. year C. week D. month( ) 54. A. does B. do C. make D. has( ) 55. A. Friday B. Saturday C. Thursday D. Sund

18、ay( ) 56. A. bring B. has C. have D. find( ) 57. A. much B. many C. any D. most( ) 58. A. food B. rice C. cakes D. fruit( ) 59. A. happy B. angry C. full D. hungry ( ) 60. A. give B. puts C. makes D. does七、閱讀理解。共分 A Jim is an American boy. He comes to China with his father and mother. They come here

19、 to work . Jim comes here to study.He is in No.15 Middle School. He gets up early every day. He isnt late for school. He studies hard. He can read and write English well. He often helps us with our English, and we often help him with his Chinese. After class, he likes playing football, swimming, run

20、ning and riding. He makes many friends here. We are glad to stay with him. On Sundays he often helps his mother clean the house, mend something or do the shopping. He likes Chinese food very much.根據短文內容，判斷正T誤F。每題1分，共5分( ) 61. He gets up early every day.( ) 62. He often helps us with our English .( )

21、 63. After class, he likes singing and playing basketball.( ) 64. On Sundays, he often helps his mother clean the house.( ) 65. Jim doesnt like Chinese food. ( B )Sarah was ill, she went to see the doctor. “ Doctor, Im not feeling well, she said. “ Every time I do my homework, I feel tired. If I go

22、to school on foot, I have to sit down and rest for ten minutes.The doctor looked at her carefully. At last he said, “ Nothing much. But Im afraid you are eating too much.“I dont understand, what do you mean ? asked Sarah. “I mean you eat too much food, said the doctor. “ Oh! You mean Im too fat. Tha

23、ts a problem. Said Sarah. “What should I do If I dont want to be heavy !“ The answer is easy, said the doctor. “ If you want to be thin and healthy, you shouldnt eat a lot of food and you also should do much exercise.根據短文內容，選擇最正確選項。每題2分，共10分( ) 66. What was the matter with Sarah ? She felt _ . A. ti

24、red B. sad C. sore in the back D. hungry( ) 67. Sarah went to school _ . A. by bike B. by bus C. by car D. on foot( ) 68. The doctor told her that _ .目錄摘 要IAbstractII1 緒 論- 1 -1.1 頻譜分析儀的簡介- 1 -1.2 總體設計方案比擬- 2 -1.3 底層電路方案比擬與選擇- 2 -本機振蕩電路- 2 -1.3.2 混頻電路- 3 -1.3.3 濾波電路- 3 -1.3.4 檢波電路- 3 -1.3.5 掃頻發生器電路-

25、 4 -1.4 本課題研究的意義- 4 -1.5 本課題設計思路- 4 -2 頻譜分析儀的硬件設計- 6 -2.1 頻譜分析儀的整體結構- 6 -2.2 頻譜分析儀的各模塊電路設計- 7 -2.2.1 本機振蕩器模塊- 7 -2.2.2 混頻器模塊- 9 -2.2.3 放大器模塊- 9 -2.2.4 濾波器模塊- 10 -2.2.5 檢波器模塊- 12 -2.2.6 掃頻發生器模塊- 13 -2.2.7 電源保護模塊- 16 -3 軟件設計- 18 -3.1 軟件設計要求- 18 - 主程序的軟件設計- 19 -4 系統調試與指標測試- 20 -4.1 硬件調試- 20 -4.2 軟件調試-

26、20 -4.3 軟硬聯合調試- 20 -4.4 指標測試- 20 -4.4.1 儀器測試- 20 -4.4.2 指標測試- 20 -結 論- 23 -致 謝- 24 -參考文獻- 25 -附 錄- 26 -1 緒 論1.1 頻譜分析儀的簡介 頻譜分析儀是對無線電信號進行測量的必備手段，是從事電子產品研發、生產、檢驗的常用工具，在各種振動、噪聲、電聲、發動機、建筑、生物、醫學等領域也起著重要作用。因此，頻譜分析儀的應用十分廣泛，被稱為工程師的射頻萬用表。頻譜儀被譽為射頻領域的示波器，現代頻譜儀不僅具有傳統的頻譜分析功能，而且通過擴展選件，可以集成功率計、頻率計、標量/矢量網絡分析儀、信號分析、通

27、信測試儀等眾多儀器的主要功能，堪稱射頻測試的集大成者，擁有一臺高性能頻譜儀，即可完成大局部射頻測試、信號分析功能。現代實時頻譜儀的出現，進一步將頻譜儀的應用領域擴展到快速變化的瞬態信號測試、實時帶寬信號分析中。傳統的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內可調諧的接收機,輸入信號經變頻器變頻后由低通濾器輸出,濾波輸出作為垂直分量,頻率作為水平分量,在示波器屏幕上繪出坐標圖,就是輸入信號的頻譜圖。由于變頻器可以到達很寬的頻率,例如30Hz-30GHz,與外部混頻器配合,可擴展到100GHz以上,頻譜分析儀是頻率覆蓋最寬的測量儀器之一。無論測量連續信號或調制信號,頻譜分析儀都是很理想的測量工具。但是,傳統

28、的頻譜分析儀也有明顯的缺點,它只能測量頻率的幅度,缺少相位信息,因此屬于標量儀器而不是矢量儀器。基于快速傅里葉變換(FFT)的現代頻譜分析儀，通過傅里葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量，到達與傳統頻譜分析儀同樣的結果。這種新型的頻譜分析儀采用數字方法直接由模擬/數字轉換器(ADC)對輸入信號取樣，再經FFT處理后獲得頻譜分布圖。在這種頻譜分析儀中，為獲得良好的儀器線性度和高分辨率，對信號進行數據采集時 ADC的取樣率最少等于輸入信號最高頻率的兩倍，亦即頻率上限是100MHz的實時頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。目前半導體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨

29、率12位和取樣率800MS/S的ADC，亦即，原理上儀器可到達2GHz的帶寬，為了擴展頻率上限，可在ADC前端增加下變頻器，本振采用數字調諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴展到幾GHz以下的頻段使用。 FFT的性能用取樣點數和取樣率來表征，例如用100KS/S的取樣率對輸入信號取樣1024點，那么最高輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點數為2048點，那么分辨率提高到25Hz。由此可知，最高輸人頻率取決于取樣率，分辨率取決于取樣點數。FFT運算時間與取樣，點數成對數關系，頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運算時，要選用高速的FFT硬件，或者相應的數字信號處理器(DSP)芯片。

30、例如，10MHz輸入頻率的1024點的運算時間80s，而10KHz的1024點的運算時間變為64ms，1KHz的1024點的運算時間增加至640ms。當運算時間超過200ms時，屏幕的反響變慢，不適于眼睛的觀察,補救方法是減少取樣點數，使運算時間降低至200ms以下。1.2 總體設計方案比擬 方案一：FFT法。這種頻譜分析儀采用數字方法直接由模擬/數字轉換器(ADC)對輸入信號取樣,再經FFT處理后獲得頻譜分布圖。它的頻率范圍受到ADC采集速率和FFT運算速度的限制。為獲得良好的儀器線性度和高分辨率，ADC的取樣率最少等于輸入信號最高頻率的兩倍。FFT運算時間與取樣點數成對數關系，頻譜分析儀需

31、要高頻率、高分辨率和高速運算時，要選用高速的FFT硬件，或者相應的數字信號處理器(DSP)芯片。可見這種方法的優點是硬件電路簡單，主要依靠軟件運算，可以提高分辨率。其缺點是頻率越高，對ADC和DSP芯片的速度要求越高，相應價格也越昂貴。 方案二：分段FFT。這種方法將輸入信號分段，逐段進行FFT的處理，這樣分段取樣降低了對ADC和FFT硬件的速度要求，又可以在相對窄的頻段內得到更高的頻譜分辨率。但是這種方法在軟件和硬件的設計和測試上顯然要復雜很多，尤其是在1M-30MHz如此寬的頻段范圍內。 方案三：掃頻法。這種頻譜分析儀采用外差原理，由本機振蕩器產生一定步進頻率的信號與輸入信號相乘，然后由適

32、當的濾波器將差頻分量濾出以代表相應頻點的幅度。本機振蕩信號可以到達很寬的頻率，與外部混頻器配合，可擴展到很高頻率。這種方法的突出優點是掃頻范圍大，硬件本錢低廉，但這種方法對硬件電路要求較高，各模塊性能都需要精心設計，且連接在一起整體調試時有一定難度。而且它只適于測量穩態信號的頻率幅度，但獲得測量結果要花費較長的時間。根據實際條件和本錢上的考慮，在滿足題目要求的前提下，我們選擇方案三來實現頻譜分析儀的總體設計。1.3 底層電路方案比擬與選擇底層電路方案設計包括本機振蕩模塊，混頻模塊，掃頻模塊，濾波模塊和檢波模塊方案設計。本機振蕩電路 方案一：采用DDS 信號發生器來產生本征頻率。其實現方法是：利

33、用單片機波表到FPGA 的RAM 中，然后將波表數據輸出到D/A 中，通過D/A 轉換而得到。該方法實現簡單，只需要一片DA 芯片就可以了，但由于此方法只能產生頻率較低的正弦波，對題目中所要求的1MHz-30MHz頻率范圍的正弦波產生比擬困難，因此舍棄該方法。 方案二：采用鎖相環的頻率合成技術實現通過改變程序分頻器的分頻比可以獲得頻率穩定度等同與晶振的輸出信號，基于鎖相環的窄帶跟蹤特性，可以較好的選擇所需頻率信號，抑制雜散分量。但由于鎖相環本身是個惰性環節，頻率轉換時間較長，同時受VCO 可變頻率范圍的影響，頻帶不能做的很寬。 方案三：采用AD9850來產生本征頻率正弦波。AD9850是AD

34、公司最新推出的采用先進CMOS 技術生產的具有高集成度的直接數字合成器，內置32 位頻率累加器、10bit 高速DAC、高速比擬器和可軟件選通的時鐘6 倍頻電路。外接參考頻率源時，AD9850可以產生頻譜純潔、頻率和相位都可控且穩定度非常高的正弦波，可以直接作為信號源。由于要產生的正弦波信號要穩定度高、相位穩定、頻帶較寬，且目前有可用的AD9850模塊可用，因此采用方案三。 混頻電路方案一：采用三極管電路實現信號的混頻。由于在該方案中用到了分立元件三極管，電路中容易產生非線性失真，同時，相對于數字電路來說，該電路性能也不是很穩定。方案二：采用模擬乘法器芯片AD835 實現信號的混頻。AD835

35、 是電壓輸出的模擬乘法器，其根本功能是實現W=XY+Z。該乘法器芯片可以實現250MHz 范圍內信號的混頻。根據以上的分析可知，由AD835 實現的混頻器電路性能要優于采用三極管實現的混頻器電路，因此，采用方案二實現電路。 濾波電路方案一：直接采用RC 電路實現窄帶濾波器功能。即直接將R 和C 接成低通加高通或帶通的形式。由于窄帶濾波器的帶寬非常窄，且頻率范圍非常高，因此要實現電路的功能，電路的階數要很高，電路相比照擬繁瑣。方案二：采用運放加分立元件組成的有源濾波電路或者單片集成濾波器。這類濾波器僅適用于低頻范圍，且Q值不高，帶外衰減很小。方案三：采用聲外表濾波器。這種濾波器工作頻率和相對帶寬

36、都較寬，但是其帶內衰減比擬大，一般不低于15dB，市場上也難于購置。方案四：采用MAX297 8階圓型Elliptic濾波器，它的滾降速度快，從通頻帶到阻帶的過渡帶可以做的很窄。在橢圓型濾波器中，第一個傳輸零點后輸出將隨頻率的變高而增大，直到第二個零點處。這樣重復就會使頻率響應呈現波浪形，阻帶從fS算起，高于頻率fS處的增益不會超過fS處的增益。在橢圓型濾波中，通頻帶內的增益存在一定范圍的波動。橢圓型濾波器的一個重要參數就是過渡比。過渡比定義為阻帶頻率fS與拐角頻率有時也等同為截止頻率由時鐘頻率確定。時鐘既可以是外接的時鐘，也可以是自己的內部時鐘。使用內部時鐘時只需外接一個定時用的電容既可。綜

37、上所訴，本設計采用方案四即橢圓濾波器作為濾波電路。 檢波電路方案一：利用二極管和電容即可構成一個簡單的檢測電路。這種方法在輸入信號幅度比擬大的情況下，輸入電壓峰峰值和輸出電壓呈線性關系，但假設輸入信號幅度較小那么變成非線性關系，測量數據不準確。方案二：利用二極管和運放構成檢波電路來測量電壓峰峰值。由于運放的存在，該方法很難在高頻環境下使用。方案三：為了提高檢波精度，選擇MX636作為檢波電路，它的外圍電路只有一個電容值這個電容的選擇很重要，它決定了檢波的精度和穩定時間。大電容檢測精度高，放電時間長；小電容會加大檢波電路的輸出電壓的波紋，是檢測精度下降。為了平衡DDS的掃頻速度和數據采集精度的問

38、題，我們選擇了0.1uF，經過檢測的效果比擬理想。綜上所述并考慮到實際情況，故本系統采用方案三。 掃頻發生器電路方案一：采用FPGA為核心的直接數字合成技術。考慮到所需最高頻率45.7MHZ，導致對后級D/A芯片的速度有很高要求，這樣芯片很難購得。方案二：采用SPCE061A單片機，其特點是系統結構簡單、本錢低，使用方便，使用價值高。綜上所述，本系統采用方案二。1.4 本課題研究的意義從事通信工程的技術人員，在很多時候需要對信號進行分析，針對不同觀察域，分別用示波器、頻譜分析儀和矢量分析儀觀察信號。示波器只能觀察信號的幅度、周期和頻率；但頻譜分析儀還可以分析信號的頻率分布信息、頻率、功率、諧波

39、、雜波、噪聲、干擾和失真，而矢量分析儀可以在頻譜分析儀根底上分析數字調制信號調制質量。早期的信號觀察，主要依賴示波器在時域內觀察信號；傅立葉變換告訴我們：任何時域內電信號都是由一個或多個不同頻率、不同幅度和不同相位的正弦波組成的，但應用示波器無法觀察到頻域內信息，只能在時域內觀察；應用頻域測量，就能以頻譜的形式顯示出每個正弦波的幅度隨頻率變化的情況。本文采用外差原理設計并實現頻譜分析儀。利用DDS芯片生成10KHZ步進的本機振蕩器，AD835做混頻器，通過濾波器取出各個頻點相隔10KHZ的值，再配合放大，檢波電路收集采樣值，經凌陽單片機SPCE061A處理，最后送示波器顯示頻譜。測量頻率范圍覆

40、蓋130MHZ，可根據用戶需要設定顯示頻譜的中心頻率和帶寬，還可以識別調幅，調頻和等幅波信號。1.5 本課題設計思路本文以簡易的頻譜分析儀為研究內容，對國內外現狀進行詳細的了解后，結合自己所學知識，以SPCE061為內核，搭建一個簡易的頻譜分析儀。這個頻譜分析儀測量頻率范圍覆蓋130MHZ，可根據用戶需要設定顯示頻譜的中心頻率和帶寬，還可以識別調幅，調頻和等幅波信號。在設計研制過程中主要解決以下幾個問題： (1)混頻器的設計：混頻器AD835可以實現250MHZ帶寬內的混頻，這對于我們的實驗完全滿足要求。而且其輸出幅度在不同頻率值時相對穩定，外圍電路也相對簡單，不需要進行復雜的調零調試。AD8

41、35對小信號的處理精度較高，不易輸出新的頻率分量，所以我們利用AD603將DDS輸出的信號適當衰減，將輸入小信號適當放大，再送入乘法器，以獲得最好的相乘效果。(2)濾波器的設計：本設計要求頻譜分辨力為10KHZ，所以每個掃頻點的間隔為10KHZ。以此頻點作為中心，左右各5KHZ范圍之內為有效值，所以濾波器需要5KHZ的帶寬。MAX297為8階開關電容濾波器，可以實現截止頻率0.1-50KHZ的可調，很容易滿足題目的要求。其帶內增益平坦，帶外衰減速度很快。(3)本機振蕩器的設計：本機振蕩器要求產生10KHZ的步進信號，本系統采用DDS集成芯片AD9850。AD9850是高穩定度的直接數字頻率合成

42、器件，內部包含有輸入存放器、數據存放器、數字合成器、10位高速D/A轉換器和高速比擬器。AD9850高速直接數字合成器根據設定的32位頻率控制字和5位相移控制字，在外接125MHZ晶振時，可產生高達40MHZ的正弦波信號。(4)掃頻發生器的設計：采用SPCE061A單片機，其特點是系統結構簡單、本錢低，使用方便，使用價值高。2 頻譜分析儀的硬件設計2.1 頻譜分析儀的整體結構本系統采用外差原理設計并實現頻譜分析儀。利用DDS芯片生成10KHZ步進的本機振蕩器，AD835做混頻器，通過濾波器取出各個頻點相隔10KHZ的值，再配合放大，檢波電路收集采樣值，經單片機SPCE061A處理，最后送示波器

43、顯示頻譜。測量頻率范圍覆蓋130MHZ，可根據用戶需要設定顯示頻譜的中心頻率和帶寬，還可以識別調幅，調頻和等幅波信號。整體結構如下圖。放大 AD603 有效值 檢波器 MX636 濾波器 MAX297 放大器 OP07 混頻器 AD835fi示波器顯示 MCUSPCE0610A AD603 衰減 數據采集 AD9850 本振信號鍵盤及顯示電路圖2.1 簡易頻譜分析儀的整體框圖系統的整體工作流程如下：l 系統采用DDS芯片AD9850產生本機振蕩信號，通過單片機控制對其不斷寫入命令字產生頻率可變的正弦掃頻本振信號。l 由于DDS輸出信號隨著頻率增加幅度減小，通過放大器OP07使輸出信號幅度維持根

44、本不變。乘法器AD835與輸入信號相乘，實現在頻域上的譜線搬移，將輸入信號的頻域譜線搬移到濾波器的通帶內。l 濾波后信號通過有效值檢波器MX636檢測其幅值，并將此幅值通過單片機進行數據處理后輸出作為對應頻率的功率。通過不斷改變掃頻信號的頻率，就可以把輸入信號的各個不同頻率處的譜線都搬移到通帶內檢測出來，通過單片機處理后輸出到液晶顯示器，顯示出輸入信號的穩定頻譜。 頻譜分析儀的各模塊電路設計簡易的頻譜分析儀包括本機振蕩器、混頻器、放大器、濾波器、檢波器、掃頻發生器及電源保護七大模塊，下面將一一介紹這七大局部硬件電路設計。 本機振蕩器模塊 本機振蕩器要求產生10KHZ的步進信號，本系統采用DDS

45、集成芯片AD9850。AD9850是高穩定度的直接數字頻率合成器件，內部包含有輸入存放器、數據存放器、數字合成器、10位高速D/A轉換器和高速比擬器。AD9850高速直接數字合成器根據設定的32位頻率控制字和5位相移控制字，在外接125MHZ晶振時，可產生高達40MHZ的正弦波信號。 根據說明書的電路制作了DDS集成板。實際測試DDS芯片所產生的信號波形10MHZ較好，幅度隨著頻率的升高而略有下降，為了滿足AD835小信號混頻性能，后接AD603加以衰減。 在軟件控制上，由于方案要求本振信號以10KHZ頻率步進增加，所以對AD9850頻率,g調制字改變也應是快速的。AD9850調制字的裝入可以

46、采用異步串行接口UART，同時兼顧到單片機IO口得分配和對調制字裝入速度的要求，將系統時鐘改成最大值49MHZ，以加快掃描和掃描速度。.1 AD9850的工作原理及內部結構AD9850內含可編程DDS系統和高速比擬器，可實現全數字編程控制的頻率合成。可編程DDS系統的核心是相位累加器，由一個加法器和一個N位相位存放器組成，N一般為2432。每來一個外部參考時鐘，相位存放器便以步長M遞加。相位存放器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數字幅度信息，每一個地址對應正弦波中0°360°范圍的一個相位點。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正

47、弦波幅度信號，然后驅動DAC 輸出模擬量。相位存放器每過2N/ M 個外部參考時鐘后返回到初始狀態一次，相應地正弦查詢表每經過一個循環也回到初始位置，從而使整個DDS 系統輸出一個正弦波。輸出的正弦波頻率fout = M*fc/ 2的N次方，fc 為外部參考時鐘頻率。 AD9850 采用32 位的相位累加器將信號截斷成14 位輸入到正弦查詢表，查詢表的輸出再被截斷成10 位后輸入到DAC ，DAC 再輸出兩個互補的電流。DAC 滿量程輸出電流通過一個外接電阻RSET調節，典型值3.9千歐。將DAC 的輸出經低通濾波后接到AD9850 內部的高速比擬器上即可直接輸出方波。而且在125MHz 的時

48、鐘下, 32 位頻率控制字可使AD9850 輸出頻率分辨率達0. 0291Hz 。AD7755是一個24腳芯片，內部結構框圖如圖2.2所示，從圖中可以看出，AD7755由模數轉換電路ADC和信號處理電路兩局部組成。ADC局部包括兩個采樣速率達900KHz的16位二階ADC、增益可編程放大器(PGA ).基準電壓源等模擬電路。兩個16位ADC分別對負載電流和負載電壓信號進行模數轉換。圖2.2為AD9850的組成原理。LPFDAC正弦波微控制器相位控 制字相位累加器 比擬器正弦查詢表累加 器方波相位存放器累加 器頻率控制字圖2.2 AD9850組成原理AD9850采用CMOS工藝，其功耗在3.3V

49、左右。供電時僅為155MW，擴展工業級溫度范圍為-40 圖2.3AD9850引腳排列圖 圖2.3 AD9850引腳圖.2AD9850的控制字與控制時序AD9850有40 位控制字，32 位用于頻率控制，5 位用于相位控制，1 位用于電源休眠( Powerdown) 控制，2位用于選擇工作方式。這40 位控制字可通過并行或串行方式輸入到AD9850 。在并行裝入方式中，通過8 位總線D0 D7將數據輸入到存放器，在W - CL K 的上升沿裝入8位數據，并把指針指向下一個輸入存放器，在重復5 次之后再在FQ - UD 上升沿把40位數據從輸入存放器裝入到頻率/ 相位數據存放器(更新DDS 輸出頻

50、率和相位) ， 同時把地址指針復位到第一個輸入存放器。 AD9850的復位(RESET) 信號為高電平有效，且脈沖寬度不小于5 個參考時鐘周期。AD9850的參考時鐘頻率一般遠高于單片機的時鐘頻率，因此AD9850 的復位(RESET)端可與單片機的復位端直接相連。 混頻器模塊乘法器AD835可以實現250MHZ帶寬內的混頻，這對于我們的設計完全滿足要求。而且其輸出幅度在不同頻率值時相對穩定，外圍電路也相對簡單，不需要進行復雜的調零調試，只需要對Z輸入的直流信號進行相對調整即可。其根本原理如圖2.4所示。其中W=X*Y+Z。 圖2.4 根本原理框圖AD835對小信號的處理精度較高，不易輸出新的

51、頻率分量，所以我們利用AD603將DDS輸出信號適當衰減，將輸入小信號適當放大，再送入乘法器，以獲得最好的相乘效果。在實際測試過程中，我們發現乘法器的輸出信號幅度會隨信號頻率的升高而略有增加，很好彌補了DDS集成芯片AD9805輸出信號的幅度隨著頻率的增加而小幅度降低的缺陷。AD603正是這樣一種具有程控增益調整功能的芯片。它是美國ADI公司的專利產品，是一個低噪、90MHz帶寬增益可調的集成運放，如增益用分貝表示，那么增益與控制電壓成線性關系，壓擺率為275V/s。管腳間的連接方式決定了可編程的增益范圍，增益在-11+30dB時的帶寬為90Mhz，增益在+9+41dB時具有9MHz帶寬，改變

52、管腳間的連接電阻，可使增益處在上述范圍內。該集成電路可應用于射頻自動增益放大器、視頻增益控制、A/D轉換量程擴展和信號測量系統。 放大器模塊OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓對于OP07A最大為25V，所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低OP07A為±2nA和開環增益高對于OP07A為300V/mV的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。 OP07管腳圖其特點是：超低偏移：150V最大。低輸入偏置電流：。低失調電壓

53、漂移：0.5V/ 。 3最大高電源電壓范圍：±3V至±22V 。1和8為偏置平衡(調零端)，2為反向輸入端。3為正向輸入端，4接地。5空腳，6為輸出，7接電源+ 。 典型低頻噪聲放大電路 濾波器模塊50KHZ的可調，很容易滿足題目的要求。其帶內增益平坦，帶外衰減速度很快。MAX297的1管腳的CLK信號可以外接一個電容實現截止頻率的選擇： 這樣可以根據MAX297的截止頻率和CLK的比值為1:50的關系確定截止頻率fc，經過實際測試選擇120pF可以實現5KHZ的截頻，滿足題目的頻譜分辨力要求。如圖2.7所示。 圖2.7 由MAX297所組成的截止頻率為5KHZ的LPF(1)MAX297的功能特點MAX293/294/297為8階圓型Elliptic濾波器，它的滾降速度快，從通頻帶