智能扫频仪的设计与实现

1、中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：吴正梅学 号：0805054106学 院、系：信息与通信工程学院专 业：自动化设 计 题 目：智能扫频仪的设计与实现指导教师:吴其洲 年 月 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、本课题的研究背景及其意义在现代电子测量中，经常遇到系统网络阻抗特性及传输特性的测量问题，其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等1。频率特征测性仪就是用来测量前述特性的仪器，简称扫频仪。它在现代电子测量中占据着重要的地位，为被测网络的的调整，校准以及故障的排除提供了极大的方便.

2、我们使用的传统仪器如BT-4 型扫频仪大多是采用不同的电子元器件构成振荡器，显示部分也是用比较过时的示波器，这种仪器体积大、稳定度差、精度不高、不易使用、价格高，而且不能显示相频特征，更不能对频率特性图进行保存和打印，不便于用户实际使用2。随着电子技术的飞速发展，目前市面了也出现了很多新型数字化扫频仪，有的性能非常好，技术指标也非常高。本课题要研制的是一种简易的智能化扫频仪，根据扫频仪的工作原理，提出了一种基于DDS 技术的扫频仪的设计方案。二、国内外扫频仪的研究现状及分析过去，幅频特性的测量是用点频测量法进行的，通过开关及旋钮用手工的方法逐点测量，不仅效率低，而且精度不高，后改用扫频的方法进

3、行测量。早期的扫频技术采用改变腔体结构从而改变LC回路电容来完成扫频信号源的产生，这种方法由于有可动部件而存在可靠性不高的问题3。气候发展看YIG小球振荡及变容二极管等技术，不仅可靠性提高，而且频率稳定性以及精度都大大提高。目前国内外有许多生产扫频仪的厂家，他们的产品多种多样。美国安捷伦（agilent）公司研制的E8801A 矢量系统分析仪是一种高精度的仪器，它主要应用于对精密元器件的测量。这款仪器对速度和精度有非常高的要求。E8801A设置了多种功能，用户可以根据需要自由选择。它还具有很强的自测性能和自助工具，可以满足研发以及生产制造的要求。这款仪器有16 个单独的测试端，仪器内嵌有硬盘驱

4、动器，还有一个鼠标接口。它的频率范围300KHz3GHz,扫频速度为35 us /点4。德国研制的多功能系统检测仪200，主要应用在一些线缆的测试上，如双绞线及同轴线，它的自动测试性能非常好，在短短25 秒内就能够实现测量，用户能够根据自己的需要选择不同的测试标准和电缆类型，测量频率可达200MHZ。它的内存很大，能够存储500 个测量值5。这款仪器还有一个时域反射仪（TDR），能够测试线路的多种故障，检测各种连接错误并且能够分辨电缆。德力DEVISER 研发制造的DS7710A/B 系统分析仪运用当前比较前沿的DDS 数字化频率合成技术，精度非常高，具有10Hz 的高分辨率，而且价格便宜。它

5、内部使用PentiumCPU，控制与显示都是全数字化的6。这款仪器的性能、技术指标都非常高，目前主要用于CATV 及电子元器件的研发制造领域，得到了广大用户的认可。 它的频率范围：300KHz1300MHz，频率分辨率：100Hz。北京恒泰科贸有限公司研发的HT-1252 系列频率特性测试仪多数用于雷达、广播和电视、共用天线、有线电视放大器、发射接收仪器的扫频动态测试6。这款仪器有一个大屏幕，界面非常清楚，方便用户观察并分析测量结果。其HT-1252-I 频率特征测试仪，频率测试范围：5MHz1GHz，2 GHz2.8 GHz。三、 相关理论综诉目前一般的扫频仪根据测频范围可分为低频扫频仪和高

6、频扫频仪。采用扫频测量法测量幅频特性，其基本思想是用频率连续变化的信号加载北侧网络输入端，在输出端用检波等方法取得其幅频特性，并将其送入显示放大单元进行数据处理和显示7，从而在显示屏幕上观察期幅频特性曲线，由此可见，扫频仪信号源的质量以及显示通道的处理能力是扫频仪的两个重要方面，同时，扫频仪操作上是否简便以及人机界面是否友好8，也是衡量扫频仪的重要因素。扫频信号发生器产生测试用的扫频信号，它是扫频仪系统的核心9。传统的扫频信号发生器是利用电子元器件以各种不同的形式构成振荡器，其频率精度和稳定度都不高，而且工艺复杂，分辨率低。频率合成技术在电子设计中占有重要的地位。它的发展经历了三个阶段。首先被

7、实际应用的技术是直接频率合成技术。直接频率合成技术具备许多优点，如频率范围宽、转换时间短，但是其硬件结构太复杂、设备庞大、成本高，而且难以采取有效措施抑制其输出的谐波、噪声以及寄生频率10。随后进入应用的是锁相频率合成技术14。数字化锁相频率合成技术的形成是以数字化可编程分频器、数字化鉴相器等锁相环路部件的出现及它在锁相频率合成技术中的应用为标志的11。在不断借鉴和使用一些数字化技术产品如吞脉冲计数器、多模分频器、小数分频器的基础上，数字化锁相频率合成技术慢慢走向了成熟12。锁相频率合成技术的优势是频率范围大，但它的劣势如频率转换时间长，难以达到很小的频率间隔等使它难以被广泛应用16。直接数字

8、频率合成（DDS）技术带来了频率合成的第二次革命。直接数字频率合成器（DDFS）具备许多优点，频率分辨率高、相对带宽宽、频率变换速度快、输出相位连续、可编程和全数字化便于集成等18，这些使它的应用越来越广泛。它是实现设备全数字化的一个关键技术，广泛应用在电信与电子仪器领域19。DDS 技术的一些优势是显而易见的，因此它是目前设计扫频信号发生器最理想的一种方案。我们提出了一种基于DDS技术扫频仪的设计方案。根据扫频仪工作原理，利用单片机控制DDS产生扫频信号，通过检波模块测得峰值，并将其送入滤波放大模块，再经过单片机进行数据处理从而在液晶模块显示。参考文献：1 王守中，聂元铭 .51单片机开发入

9、门与典型实例.北京.人民邮电出版社，2009.13912 马涛，李训涛，张明.51系列片上系统.北京.国防工业出版社，2009.2333 华北工学院电子工程系.单片机原理及应用实验指导书.太原.华北工学院电子工程系,2002.1214 王晓元.扫频仪的原理及维修.北京.人民邮电出版社，1980.10915 阎石.数字电子技术基础.北京.中国时代经济出版社，2008.1002006 邱关源.电路.北京.高等教育出版社,2006.1004007 Paul Scherz .实用电子元器件与电路基础 . 北京. 电子工业出版社 ,2009.1008 Ziemer,R.E.信号与系统.北京.电子工业出版

10、社,2005.4329 吴大正.信号与线性系统分析.北京.高等教育出版社,2008.23034110 周立伟.目标探测与识别.北京.北京理工大学出版社,2008.3612011 尼曼.电子电路分析与设计.北京.清华大学出版社，2007.30045912 张畴先.模拟电子线路.西安.西工大,2003.239513 廖爽.模拟电路.北京.电子工业出版社,2006.12015014 郑君里等.信号与系统引论.北京.高等教育出版社.2009.36147215 于晓平.模拟电子技术.北京.清华大学出版社，2008.12315016 Ron Brinkmann.Visual Effects,Animati

11、on & Motion Graphics. 2011.41143217 Jan M.Rabaeey,Anantha Chandrakasan,Dgital Integrated Circuits A Design Perspective Second Edition.2010.32143218Reinhold Ludwiq.RF Circuit Design:Theory and Applications.2002.253431 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、本课题研究的问题本课题着重分析了扫频仪系统的特性，提出了一种基于DDS 技术的扫

12、频仪的设计方案，并确立了扫频仪总体设计如下：根据扫频仪的基本工作原理，扫频仪的总体方案包括五个部分，即扫频信号发生器模块，增益控制模块，幅度和相位检测模块，控制及数据处理单元模块（即CPU）以及人机接口模块（键盘及显示器）。系统的总体结构框图如图所示：二、模块功能简介2.1扫频信号发生器扫频信号发生器是信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，扫频信号发生器是一种信号激励装置，是扫频仪的核心部件。本设计中，采用DDS 芯片来产生频率、持续时间等均可控的稳定、平滑的正弦信号。DDS的全称是Direct Digital Frequency Synthesize，也就是直接数字频率合成。

13、微电子技术的发展使直接数字频率合成技术也得到了快速的发展。DDS是一种全数字化的频率合成器，主要由频率控制寄存器、正弦计算器、相位累加器和参考时钟等几个模块组成。AD9859 是在2004 年面世的一款高集成度的芯片。它的工作速度高达400MSPS，并且内部含有一个10 位的DAC。AD9859 采用先进的DDS 技术，加上它内部集成了一个性能非常好的模数转换器，能够产生模拟的、可变频率的正弦波，并且可产生的最高频率达200MHZ14，它的技术指标能够完全满足系统设计的要求。AD9859 具有频率范围宽的优点，性能优越，价格便宜，而且它的数据传输可以使用串行模式，节省了I/O口资源，因此采用AD9859 来设计扫频信号源。2.2增益控制电路增益控制电路一方面控制扫频信号发生器的输出信号是等幅的，另一方面是为了满足增益和相位检测电路对于功率的要求，保证系统能够有效检测出结果。2.3增益和相位检测电路增益和相位检测电路是为了检测被测网络两端的幅度比和相位差，再由A/D 转换器进行量化，最后由控制和数据处理单元进行处理。2.4控制及数据处理单元控制及数据处理单元主要实现逻辑控制、数据处理和人机交互三个主要功能，使用89C51 来控制整个系统协调工作。2.5人机接口电路部分人机接口电路部分主要分为键盘输入和液晶显示，负责显示欢迎画面，系统需要输入的参数及测量结果并接受各种指令，以实现人