【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 序流程圖如圖 16所示，程序見(jiàn)附錄 1。 14 開(kāi)始系統(tǒng)初始化按鍵 ?放大電路 濾波電路幅頻測(cè)試電路顯示有 無(wú) 圖 16 主程序流程圖 此處采用 4x4 距陣鍵盤 ,其直接接在單片機(jī) P1 口。 鍵盤掃描流程圖如圖 17 所示。 開(kāi)始P 1 . 0 ~ P 1 . 3 置 0準(zhǔn)備讀列狀態(tài)判斷是否有鍵按下延時(shí)去抖動(dòng)P 1 . 4 P 1 . 7 是否全為 1置行掃描初值（ P 1 . 0 為 0 ）掃描位從 P 1口輸出是否掃描到最后一行 掃描下一行否有否有結(jié)束否是 圖 17 鍵盤掃描流程圖 15 掃描過(guò)程如下：首先使所有的行輸出均為低電平（全掃描）然后讀列值，若列為0FH 則無(wú)鍵按下，否則有鍵按下；有鍵按下延時(shí) 5 至 10ms，再一次判斷有無(wú)鍵按下，若仍有鍵按下才最終認(rèn)為鍵盤上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定閉合狀態(tài)；確定有鍵按下，此時(shí)對(duì)鍵盤進(jìn)行逐行掃描（即對(duì)行線依次送低電平），此時(shí)即可得按鍵所處的行和列，適當(dāng)組合即可得鍵值。鍵盤掃描流程圖如圖 16 所示， 程序見(jiàn)附錄 1。 可控增益放大程序設(shè)計(jì) 首先將 10mv 正弦信號(hào)送入到 AD620 放大模塊 ,其輸出電壓增益為 10dB,然后通過(guò)單片機(jī) I/O 口控制多路模擬開(kāi)關(guān) CC4051 切換電阻網(wǎng)絡(luò)改變 AD603 控制電壓 ,從而最終達(dá)到改變 AD603 輸出電壓增益的目的 (10dB40dB 之間以 10dB 步進(jìn) )。 程序見(jiàn)附錄 1。 流程圖如下： 開(kāi)始增益設(shè)置功能鍵按下增益加 、 減鍵按下 ？增益加按下 ? 增益減按下 ?增益加處理 增益減處理結(jié)束鍵按下或增益設(shè)置超量程 ？結(jié) 束否 否是 是是否圖 18 可控增益流程圖 16 程控濾波程序設(shè)計(jì) 程控濾波模塊采用集成可編程控制濾波芯片 MAX297(引腳可編程八階低通巴特沃思濾波器 )、 MAX262（此處僅做高通），其控制原理為：低通（ MAX297）通過(guò)鍵盤動(dòng)作將與之對(duì)應(yīng)的 DDS 頻率控制字送入 DDS 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路，通過(guò)頻率的改變從而改變?yōu)V波器特性；對(duì)于高通（ MAX262）而言，控制則更為復(fù)雜，鍵盤的相應(yīng)動(dòng)作將與之對(duì)應(yīng) DDS 頻率控制字及 MAX262 特征控制字通過(guò) I/O 口送入相應(yīng)模塊中，這樣可以得到所需設(shè)計(jì)的濾波器（ DDS 頻率控制字及 MAX262特征控制字又相應(yīng)公式及實(shí)驗(yàn)綜合得到并經(jīng)轉(zhuǎn)化存于單片機(jī) ROM 中）。 程序見(jiàn)附錄 1。 開(kāi)始濾波器功能鍵按下高通低通類型選擇高通 ？ 低通 ？步進(jìn)加或減 ？ 步進(jìn)加或減 ？步進(jìn)加處理 步進(jìn)減處理 步進(jìn)加處理 步進(jìn)減處理結(jié)束鍵按下或特性設(shè)置超量程 ？結(jié)束否 否是 是加 減 加 減否是 圖 19 程控濾波程序流程圖 17 DDS時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊程序設(shè)計(jì) 此模塊由單片機(jī) AT89S52 和 DDS（ AD9851）模塊組成。其控制原理為：首先將 DDS 頻率表（這里由實(shí)際情況而定）存于單片機(jī) ROM 中，當(dāng)步進(jìn)鍵動(dòng)作時(shí)相應(yīng)的頻率控制字將由單片機(jī) I/O 口（此處使用 P0 口）送入 AD9851，對(duì)應(yīng)的頻率也將產(chǎn)生。 程序見(jiàn)附錄 1。 開(kāi)始相應(yīng)設(shè)置鍵按下頻率步進(jìn)加 、 減 ？頻率步進(jìn)加 ？ 頻率步進(jìn)減 ？頻率步進(jìn)加處理 頻率步進(jìn)減處理結(jié)束鍵按下或頻率設(shè)置超量程 ？結(jié) 束是 是否 否是否 圖 20 DDS 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生模塊程序設(shè)計(jì)流程圖 DDS掃頻信號(hào)產(chǎn)生模塊程序設(shè)計(jì) 此模塊與 DDS 時(shí)鐘產(chǎn)生模塊硬件電路 基本相同。 DDS 掃頻信號(hào)將作為濾波器設(shè)定后的輸入信號(hào) ,最終用來(lái)測(cè)量濾波器幅頻特性。該模塊工作原理如下：當(dāng)按鍵按下時(shí)， DDS 輸出的正弦信號(hào)（幅度為 1V 左右）將從 100hz以 10khz 步進(jìn)（間隔為 ）直至頻率為 200khz 時(shí)停止，等待相應(yīng)按鍵的 18 再次觸發(fā)。 程序見(jiàn)附錄 1。 其流程圖如圖 21 所示。 開(kāi) 始DDS 輸出頻率為 100 hz 正弦信號(hào) （ 約 1 v ） 置位幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)掃頻按鍵按下 ？延時(shí) 0 . 2 s 取反輸出間隔采樣結(jié)束信號(hào)頻率以 10 khz 步進(jìn)（ 幅度基本不變 ）頻率為 200 khz ？延時(shí) 0 . 2 s 、 取反輸出間隔采樣結(jié)束信號(hào) 、 復(fù)位幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)等待相應(yīng)按鍵再次觸發(fā)否是是否 圖 21 掃頻流程圖 幅頻特性測(cè)試模塊程序設(shè)計(jì) 該模塊采用可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器控制一路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（ MX7821（ 1M 的采樣頻率 ））采樣掃頻后濾波器輸出信號(hào)，兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（ AD565）則在 CPLD 控制下將采樣到的所需信號(hào)（濾波器幅頻特性）在雙蹤示波器上恢復(fù)出來(lái)。其控制原理如下：當(dāng) CPLD 接收到 幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信 19 號(hào)后立即啟動(dòng) 模數(shù)轉(zhuǎn)換，在每個(gè)頻率步進(jìn)間隔內(nèi)（ ）模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的信號(hào)經(jīng)CPLD 比較處理后得到最大值并將該值在示波器上恢復(fù)出來(lái)的同時(shí)開(kāi)始下一個(gè)間隔采樣，直至接收到 幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)的復(fù)位信號(hào)時(shí)停止采樣，等待下次置位幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)。程序見(jiàn)附錄 1。 開(kāi)始接收到幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)置位信號(hào) ？CPLD 控制啟動(dòng)AD 、 DA 模塊AD 、 DA 模塊工作 ， CPLD 對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理 （得到各頻段內(nèi)峰值 ）接收到幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)復(fù)位信號(hào) ？停止 AD 、 DA 模塊工作 ，等待幅頻特性測(cè)試模塊開(kāi)始信號(hào)置位信號(hào)否是否是 圖 22 幅頻特性測(cè)試模塊程序設(shè)計(jì)流程圖 4 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果測(cè)試 各模塊電路設(shè)計(jì)完成后，并不是簡(jiǎn)單的直接級(jí)聯(lián)，而是先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，在保證指標(biāo)和性能的前提下再有計(jì)劃的逐步進(jìn)行級(jí)聯(lián)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行 20 調(diào)試直至滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 1）顯示電路調(diào)試 檢查硬件電路，確定電路連接正確后系統(tǒng)上電，調(diào)節(jié)液晶顯示器的背光使亮度適中。調(diào)試運(yùn)行液晶顯示部分程序并觀察顯示效果，直到滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)效果詳見(jiàn)附錄二。 （ 2）鍵盤電路調(diào)試 調(diào)試鍵盤掃描程序，當(dāng)鍵盤有動(dòng)作 時(shí)使單片機(jī)能夠成功捕捉和識(shí)別按鍵的位置，適當(dāng)結(jié)合顯示電路使鍵盤的動(dòng)作能夠正確在液晶上顯示（鍵值或相應(yīng)操作）。 （ 3）程控增益放大模塊調(diào)試 考慮輸入的 10MV 信號(hào)太過(guò)微弱，首先我們將其接入 AD620 放大電路（ AD620 為儀表放大器具有很高的共模抑制比，精度較高，能夠使信號(hào)幾乎不失真的傳送到后級(jí)并放大）。改變?cè)撾娐坊瑒?dòng)變阻器阻值，實(shí)現(xiàn) 10mv 信號(hào)的 10dB放大。 將 AD603 模塊（按照 PDF 資料及實(shí)驗(yàn)具體要求，這里我們按 9M 的模式連接）連接無(wú)誤上電后，調(diào)節(jié)其電壓控制端滑動(dòng)變阻器使輸入信號(hào)增益能夠隨之變 化，按設(shè)計(jì)要求（ 20dB、 30dB、 40dB）調(diào)試好三組電阻網(wǎng)絡(luò)。在原電路基礎(chǔ)上接入多路模擬開(kāi)關(guān) CC4051，通過(guò)程序控制電阻網(wǎng)絡(luò)的切換，最終實(shí)現(xiàn)增益的設(shè)置和調(diào)節(jié)。（此處 AD603 僅放大到了 40dB 原因是我們?cè)趯?shí)際制作過(guò)程中當(dāng)增益繼續(xù)增大時(shí) AD603 模塊產(chǎn)生了自激） （ 4） DDS時(shí)鐘產(chǎn)生電路調(diào)試 先單獨(dú)調(diào)試 DDS 模塊，硬件電路連接好上電以后，調(diào)試 DDS 子程序，使之能夠按照程序所送數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)頻率且波形穩(wěn)定。上述步驟完成以后將該模塊與AD811 放大模塊級(jí)連（ AD811 放大模塊事先也必須單獨(dú)調(diào)試成功），調(diào)試硬件 電路使 DDS 輸出正弦信號(hào)經(jīng)放大后波形穩(wěn)定無(wú)明顯失真（峰峰值為 10V 左右即可）。最后將跟隨器（或電容（大小視具體情況而定））和電壓比較器模塊也串入前述模塊中，調(diào)試硬件電路使最終由比較器模塊輸出的信號(hào)（即后級(jí)濾波器所需的時(shí)鐘信號(hào)）為 DDS 模塊輸出信號(hào)的同頻率方波（或矩形波），幅度滿足 0v～+5v。結(jié)合鍵盤和顯示模塊使時(shí)鐘頻率可通過(guò)鍵盤設(shè)定并能夠在液晶上顯示相應(yīng)頻率值。 21 （ 5）程控濾波器模塊電路調(diào)試 1）低通濾波器電路 硬件電路連接無(wú)誤上電后，調(diào)試運(yùn)行程序，先用示波器測(cè)量該模塊時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)其滿 足模塊（ 4）要求后，由信號(hào)源接入 0～ 20khz 正弦信號(hào)（峰峰值約1v），調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率同時(shí)觀測(cè)濾波模塊輸出信號(hào)，測(cè)量并紀(jì)錄該濾波器特性參數(shù)并與理論值相比較，適當(dāng)調(diào)節(jié)前級(jí)時(shí)鐘電路和改變程序相應(yīng)參數(shù)使濾波器性能更好。結(jié)合上述四個(gè)模塊將信號(hào)源輸入電壓改為 10mv 并接入到程控增益放大模塊中，取出增益為 40dB 時(shí)輸出信號(hào)做為濾波器輸入信號(hào)，結(jié)合鍵盤和顯示模塊設(shè)置濾波器特性（截止頻率等），調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率同時(shí)觀測(cè)濾波模塊輸出信號(hào)，適當(dāng)調(diào)節(jié)前級(jí)時(shí)鐘電路和改變程序相應(yīng)參數(shù)使濾波器性能更好的滿足設(shè)計(jì)要求。 2）高通 濾波器電路 高通濾波器電路的調(diào)試方法與低通濾波電路大體相同，區(qū)別是濾波芯片的控制字及操作方式不同。 MAX262 控制較 MAX297 復(fù)雜，其不僅要求設(shè)置時(shí)鐘頻率還要求對(duì)濾波器工作方式以及相應(yīng)特性參數(shù)（截止頻率、品質(zhì)因數(shù)等）進(jìn)行必要設(shè)置。確保電路連接無(wú)誤后系統(tǒng)上電，運(yùn)行調(diào)試相應(yīng)程序并結(jié)合鍵盤和顯示模塊對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，測(cè)量并記錄濾波器特性參數(shù)，調(diào)節(jié)電路和適當(dāng)改變程序直至所設(shè)計(jì)的濾波器參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 6） DDS 掃頻信號(hào)產(chǎn)生電路調(diào)試 該模塊調(diào)試與 DDS 時(shí)鐘電路產(chǎn)生模塊基本相同。只需對(duì)程序做少量修改即可。 （ 7）幅頻特性測(cè)試模塊調(diào)試 首先對(duì)模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行調(diào)試，模塊調(diào)試通過(guò)后再將其掛接在 CPLD模塊上，結(jié)合所設(shè)計(jì)程序不斷調(diào)試最終實(shí)現(xiàn) CPLD 對(duì) AD、 DA 模塊的控制。 （ 8）系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 在以上各模塊調(diào)試通過(guò)后將各模塊按系統(tǒng)電路圖正確組裝，將各模塊程序進(jìn)行合理綜合，調(diào)試系統(tǒng)直到系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)（調(diào)試過(guò)程中也應(yīng)逐級(jí)調(diào)試）。此時(shí)最需要注意的就是電源的共地問(wèn)題。 22 測(cè)試儀器 測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表 1 所示： 表 1 測(cè)試使用儀器與設(shè)備 序號(hào) 儀器名稱型號(hào)、規(guī)格 主要技術(shù)指標(biāo) 數(shù)量 1 AS2294D 豪伏表 1 2 DS5102 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 0—100M 1 3 XJ1631 數(shù)字函數(shù)發(fā)生器 0—2 MHZ 1 4 萬(wàn)用表 1 5 普通 PC AMD 1 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 1)程控放大電路 系統(tǒng)上電運(yùn)行后，由信號(hào)源接入電壓幅度約為 10mV 的正弦信號(hào)（頻率1KHz） ,將示波器探頭與程控放大模塊測(cè)試端口相連，當(dāng)鍵盤對(duì)增益進(jìn)行設(shè)置時(shí)通過(guò)數(shù)字示波器觀測(cè)并記錄相應(yīng)時(shí)刻波形的幅度及頻率。保持信號(hào)源輸出電壓幅度不變，改變輸入信號(hào)頻率可測(cè)得 通頻帶為 100Hz～ 40kHz。整個(gè)測(cè)量過(guò)程放大器輸出電壓無(wú)明顯失真。 表 2 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果 （均為多次測(cè)量取平均值） 預(yù)置增益 /dB 0dB 10dB 20dB 30dB 40dB 輸出 102mv 315mv 實(shí)際增益 /dB 增益誤差 % 2)程控濾波電路 低通濾波器 :在程控放大電路測(cè)試完的基礎(chǔ)上按下低通濾波器選擇鍵，通過(guò)鍵盤設(shè)置截至頻率 fc（頻率步進(jìn)為 1KHz） 當(dāng)接入信 號(hào)頻率遠(yuǎn)小于 fc 時(shí) ,處于導(dǎo)通，信號(hào)基本無(wú)衰減 。 當(dāng)信號(hào)頻率不斷增加直至接近 fc 時(shí) ,輸出信號(hào)幅度衰減為原來(lái)的 倍 ,記錄此時(shí)輸入信號(hào)頻率即為該濾波器截止頻率（記錄結(jié)果與設(shè)計(jì) 23 值相比即可得誤差）；繼續(xù)增加 fc，當(dāng)信號(hào)頻率達(dá)到 2fc 時(shí)記錄此時(shí)濾波器輸出信號(hào)幅度，計(jì)算此時(shí) 放大器與濾波器總電壓增益。 當(dāng)信號(hào)頻率繼續(xù)增加時(shí) ,輸出信號(hào)衰減更大，最終衰減為零。所記錄數(shù)據(jù) 均為多次測(cè)量取平均值后的結(jié)果。 fc在 1KHZ～ 20KHZ 中取 20 個(gè)數(shù)，分別得到以下數(shù)據(jù)（取了 5 組數(shù)據(jù)）： 表 3 (放大器的增益取最大值 40dB) 預(yù)置截 止率fc/KHz 實(shí)測(cè)截止頻率 /KHz 誤差 % 2fc處放大器與濾波器總電壓增益 /dB 高通濾波器 : 在程控放大電路測(cè)試完的基礎(chǔ)上按下高通濾波器選擇鍵，通過(guò)鍵盤設(shè)置截至頻率 fc（頻率步進(jìn)為 1khz） 當(dāng)接入信號(hào)頻率遠(yuǎn)大于 fc 時(shí) ,處于導(dǎo)通，信號(hào)基本無(wú)衰減 。 當(dāng)信號(hào)頻率不斷減小直至接近 fc 時(shí) ,輸出信號(hào)幅度衰減為原來(lái)的 倍 ,記錄此時(shí)輸入信號(hào)頻率即為該濾波器截止頻率（記錄結(jié)果與設(shè)計(jì)值相比即可得誤差）；繼續(xù)減小 fc，當(dāng)信號(hào)頻率達(dá)到 時(shí)記錄此時(shí)濾波器輸出信號(hào)幅度，計(jì)算此時(shí) 放大器與濾波器總電壓增益。 當(dāng)信號(hào)頻率繼續(xù)減小時(shí) ,輸出信號(hào)衰減更大，最終衰減為零。所記錄數(shù)據(jù) 均為多次測(cè)量取平均值后的結(jié)果。 fc 在 1khz～ 20khz 中取 20 個(gè)數(shù)，分別得到以下數(shù)據(jù)（取了 5 組數(shù)據(jù)）： 表 4 (放大器增益取最大值 40dB) 預(yù)置截止率fc/khz 實(shí)測(cè)截止頻率/khz 誤差 % 處放大器與濾波器總電壓增益 /dB 24 實(shí)驗(yàn)中對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器幅頻特性進(jìn)行了測(cè)量，圖