【正文】 第三章 單元電路設(shè)計與分析 26 圖 39 同步檢波器波形 對應(yīng)關(guān)系的輸出電壓 u(t）。 Uc(t) 通常可用本地振蕩器或 鎖相環(huán) 產(chǎn)生。后者實際上是一個模擬相乘器，為了得到解調(diào)作用，需要另外加入一個與輸入信號的載波完全一致的振蕩信號（相干信號）。 在對掃頻儀研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，確定了系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)并提出了系統(tǒng)設(shè)計的總體方案。在已完成的軟、硬件設(shè)計中也有很多需要改進(jìn)的部分。 、增益控制電路、 ALC 寬帶放大電路、單片機(jī) ATmega128 中控電路，檢波電路， LCD192X64 顯示電路的硬件設(shè)計，并分別對各個模塊進(jìn)行了測試。 啟 動 A D 9 8 5 1 合 成 頻 率啟 動 A D C 0 8 0 9 系 統(tǒng) 初 始 化有 按 鍵 下 ？輸 入 初 始 頻 率 輸 入 頻 率 間 隔輸 入 結(jié) 束 頻 率開 始NY處 理 鍵 值顯 示 圖 41 掃頻信號發(fā)生器主程序流程圖 由圖 41 所示，主程序主要包括系統(tǒng)初始化模塊，鍵盤輸入模塊， AD9851 處理處理模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，各主要模塊函數(shù)如下： Void main(void) 主模 塊 Void hardinit(void) 硬件初始化模塊 Void datainit(void) 硬件初始化模塊 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 Void keyscan(void) 鍵盤掃描模塊 Void AD9851(void) AD9851 處理模塊 Void ADC0809(void) 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 Void disp(void) 顯示模塊 AD9851 電路驅(qū)動程序 該模塊的軟件流程圖如圖 42 所示。用于識別波、振蕩或信號存在或變化的器件。 (2) 同步檢波器 圖 310 再生式檢波器電路 圖 310 為同步檢波器的框圖。經(jīng)檢波后在負(fù)載 RLC上產(chǎn)生隨 ua(t）的包絡(luò)而變化的電壓 u(t），其波形如圖 2所示。 LCD192X64 需要 5V 的電壓電源供電。有些廠商會通過將液晶體內(nèi)的導(dǎo)電離子濃度降低來實現(xiàn)信號的快速響應(yīng)，但其色彩飽和度、亮度、對比度就會產(chǎn)生相應(yīng)的降低，甚至產(chǎn)生偏色的現(xiàn)象。其中反應(yīng)時間和可視角度均取決于 液晶面板 的質(zhì)量，畫面均勻度和輔助光學(xué)模塊有很大關(guān)系。 LCD 由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約 1mm，其間由包含有液晶材料的 5μm 均勻間隔隔開。 LCD 投影機(jī)的像元是液晶板上的液晶單元，液晶板一旦選定， 分辨率 就基本確定了，所以 LCD 投影機(jī)調(diào)節(jié)分辨率的功能要比 CRT 投影機(jī)差。現(xiàn)在 LCD 已經(jīng)替代 CRT 成為主流，價格也已經(jīng)下降了很多，并已充分的普及。并且要求信號源輸出信號的參數(shù)，如 頻率 、波形 、 輸出電壓或 功率 等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。設(shè)置的相位增量越大， 累加器 循環(huán)一周就越快，從而輸出的頻率就越高。 AD9851 高速 DD5 內(nèi)核可接收 32 位的頻率控制字輸入 ，在 180MHz 的 系統(tǒng)時鐘 下可輸出的頻率分辨率為 180MHz/（ 2 的 32次方）。 VINN：內(nèi)部 比較器 負(fù)向輸入端。 REFCLOCK：外部參考時鐘輸入。 AD9851 接口功能控制簡單，可以用 8 位 并行口 或 串行口 直接輸入頻率、相位等控制數(shù)據(jù)。 第三章 單元電路設(shè)計與分析 16 AVCC 為端口 F 以及 ADC 轉(zhuǎn)換器的電源 .需要與 Vcc 相連接 .即使沒有使用 ADC 也應(yīng)該如此。端口 G 也可以用作其他不同的特殊功能。復(fù)位發(fā)生時端口 F 為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性 ， 可以輸出和吸收大電流。端口 C 也可以用作其他不同的特殊功能。 b， 端口 B(PB7~PB0):端口 B 為 8 位雙向 I/O 口 ,并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻 。 ATmega12816AI， ―I‖表示有鉛工業(yè)級。 后綴的數(shù)字部分，表示支持的最高 系統(tǒng)時鐘 。 第三章 單元電路設(shè)計與分析 12 第 三 章 單元電路設(shè)計與 分析 本方案首先是由微控制器 ATmega128 控制 DDS 掃頻源 AD9851 產(chǎn)生特定的低頻掃頻信號，然后經(jīng)過幅值放大電路，自動電平控制電路加在被測網(wǎng)絡(luò)的輸入端，檢波電路則將被測網(wǎng)絡(luò)的輸出輸入給 ADC 轉(zhuǎn)換器，再送給微處理器 ATmega128，微處理器經(jīng)過運(yùn)算得到被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線并在 LCD192X64 上面顯示出來，由于本系統(tǒng)采用的芯片較多，各芯片的額定電壓不一，因此加入了復(fù)雜的電源電路。 方案比較 方案一：采用動態(tài)測量 的方法，這種方法的好處是不 需 額外添加掃頻信號源，也不必添加 幅度 檢波 電路 和相位差檢測電路，因而硬件工作量小，測量時間比較短。如圖 下 所示，圖中 e(t)和 r(t)分別是系統(tǒng)時域中的激勵函數(shù)和零狀態(tài)響應(yīng)函數(shù)，假設(shè) e(t)和 r(t)的傅立葉變換分別是 E(jω) 和R(jω )，則系統(tǒng)的頻率特性 H（ jω ）可用式（ 21）計算： H（ jω ）＝ R(jω )/ E(jω) （ 21） 圖 22 沖擊響應(yīng)測量原理圖 當(dāng)輸入激勵函數(shù) e(t)＝單位沖激函數(shù)δ (t)時，則輸出為系統(tǒng)的單位沖激響 h(t)，由于（ 1）式中的 E(jω )恒等于 1，于是就有 公式（ 22） 。 b， 能在全頻范圍內(nèi)自動步進(jìn)測量，可預(yù)置測量范圍及步進(jìn)頻率值 。 基本測量原理 測量幅頻 特性有 許多種方法 ,最基本的有兩種 方法：動態(tài)測量法和穩(wěn)態(tài)測量法。精密的音調(diào)掃頻發(fā)生器也將包括掃描掃描頻率發(fā)生器，多音掃頻發(fā)生器（該輸多個的色調(diào)的同時，和用于檢查互調(diào)失真和其它 非線性效應(yīng)），和猝發(fā)音（用于測量響應(yīng)瞬變）。然后，使用的設(shè)備，如示波器測量電路的輸出。 有許多不同的類型的信號掃描頻率發(fā)生器，帶有不同的目的和應(yīng)用程序（且在不同的費(fèi)用水平），在一般情況下，沒有任何的移動設(shè)備是適合用于所有可能的應(yīng)用。從左向右頻率逐漸增高，并且是線性變化的。此設(shè)計主要有掃頻信號發(fā)生器電路、增益控制電路、自動電平控制電路、檢波頭輸出電路 、單片機(jī) ATmega128 以及電源模塊電路等模塊組成， 其中掃頻信號發(fā)生器電路采用 DDS 純數(shù)字化方法，具有高速的頻率轉(zhuǎn)換時間、極高的頻率分辨率和較低的相位噪聲還具有可編程控制等優(yōu)點(diǎn)，再加上增益控制電路、 自動電平控制電路 等，使掃頻儀能適應(yīng)各種測試要求。利用微處理器 ATmega128 作為控制及處理單元，使用集成化的幅度和相位檢測芯片，配有 LCD192X64 液晶顯示，使這種 掃頻儀設(shè)計簡單，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)界面友好，能夠在全頻范圍內(nèi)自動步進(jìn)測量，可預(yù)置測量范圍及步進(jìn)頻率值 ,可以更加細(xì)致的觀察頻率特性圖，給使用者帶來方便 。掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的掃頻信號送到寬帶放大器放大后，送入衰減器，然后輸出掃頻信號到被測電路。 傳統(tǒng)上，信號掃頻發(fā)生器已被嵌入的硬件單元， 但由于多媒體 PC 的年齡，靈活的，可編程的軟件樂音掃頻發(fā)生器也可用。功能掃描頻率發(fā)生器不 同的輸出功能，頻率范圍，頻率精度和穩(wěn)定性，和其他一些參數(shù)的數(shù)量。音掃頻發(fā)生器通常用于一并聲級計，當(dāng)測量一個房間或聲學(xué)的聲音重放系統(tǒng)，和 /或與示波器或?qū)ｉT的音頻分析儀。 （ 1）動態(tài)測量法 動態(tài)測量法主要是指沖激響應(yīng)測量法，它利用被測網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)來推算出網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。 c， 能 直觀的 顯示幅頻特性曲線，并能直接讀出頻率值及頻率所對應(yīng)的幅度值 。 （ ） 計算得到的 H (jω )為復(fù)數(shù)，包 含了幅頻特性和相頻特性的完整信息。 但這種方法微 控 制 器 C8051 DDS 掃頻源 寬帶 放大器 程 控衰減器 ADC 轉(zhuǎn)換器 鍵 盤 液晶 顯示器 被測 網(wǎng)絡(luò) 有效值 檢波器 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 一般只適合 用于低頻系統(tǒng)的測量中，例如音頻 的 分析、電聲系統(tǒng) 的分析 、振動系統(tǒng) 的分析等。 單片機(jī)主控模塊 的設(shè)計與分析 單片機(jī)簡介 ATmega128 是 ATMEL 公司 的 8 位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)，穩(wěn)定性極高，應(yīng)用極其廣泛 。 例： ATmega12816AU， ―16‖表示可支持最高為 16MHZ 的 系統(tǒng)時鐘 。 （ 5） ATmega128 各引腳功能 介紹 Vcc: 數(shù)字電路的電源。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性 ,可以輸出和吸收大電流。在 ATmegal 03 兼容模式下 ,端口 C 只能作為輸出 ,而且在復(fù)位發(fā)生時不是三態(tài)。作為輸入使用時 .若內(nèi)部上拉電阻使能 .則端口被外部電路拉低時將輸出電流。如果使能了 JTAG 接口 .則復(fù)位發(fā)生時引腳 PF 7(TDI)、 PF5(TMS)和 PF4(TCK)的上拉電阻使能。在 ATmegal 03 兼容模式下 .端口 G 只能作為外部存儲器的鎖存信號以及 32kHz 振蕩器的輸入 ,并且在復(fù)位時這些引腳初始化為 PG0= PGl=1 以及PG2=0。使用 ADC 時應(yīng)該通過一個低通濾波器與 Vcc 連接。 32 位頻率控制字，在 180MHz 時鐘下，輸出頻率分辨率達(dá)。 AGND：模擬地。 VINP：內(nèi)部 比較器 正向輸入端。 AD9851 內(nèi)部提供一個 6 倍頻的 REFCLK倍頻器，可以通過外接一個較低頻率的基準(zhǔn)時鐘產(chǎn)生 180MHz 的內(nèi)部基準(zhǔn)時鐘，具有較好的無雜散動態(tài)范圍和相位噪聲特性。 信號發(fā)生模塊電路 圖 32 是典型的 AD9851 信號發(fā)生電路，基于 AD9851 芯片內(nèi)部的 DDS 電路，此電路能產(chǎn)生 0 HZ~70kHZ 的低頻頻率的正弦，方波，三角波等信號 ， AD9851 芯片采 用 5V電壓供電，內(nèi)部含有精確地時鐘 振 蕩發(fā)生器。 信號源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號發(fā)生器、矩形 脈沖信號發(fā)生器 、函數(shù)信號發(fā)生器和隨機(jī)信號發(fā)生器等四大類。 LCD 液晶 投影機(jī) 是 液晶顯示技術(shù) 和 投影技術(shù) 相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了 液晶 的 電光效應(yīng) ，通過電路控制液晶單元的 透射率 及 反射率 ，從而產(chǎn)生不同灰度層次及多達(dá) 1670 萬種色彩的靚麗圖像。 LCD 投影機(jī)按內(nèi)部液晶板的片數(shù)可分為單片式和三片式兩種，現(xiàn)代液晶投影機(jī)大都采用 3 片式 LCD 板。因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊 背光板 （或稱勻光板）和反光膜，背光板 是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主 要是提供均勻的背景光源。 對于液晶顯示器來說，亮度往往和他的背板光源有關(guān)。這樣信號反應(yīng)時間 上去了，但卻犧牲了液晶顯示器的顯示效果。 第三章 單元電路設(shè)計與分析 24 圖 35 LCD 顯示電路圖 ，檢波電路 檢波電路的基本介紹： 從已調(diào)信號中檢出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)或檢波。這種檢波器的輸出 u(t）與輸入信號 ua(t）的峰值成正比，所以又稱峰值檢波器。模擬相乘器的一個輸入為一單頻調(diào)制的 單邊帶調(diào)幅信號，即 us(t)=Umcos(ω ct+Ω mt)，其中 ω c為載波信號角頻率， Ω m 為調(diào)制信號角頻率；另一輸入是本機(jī)產(chǎn)生的相干信號，即 uc(t)=Uccos ω ct，則乘法器的輸出電壓 u0(t)與