【文章內(nèi)容簡介】 序流程圖如圖 16所示，程序見附錄 1。 14 開始系統(tǒng)初始化按鍵 ?放大電路 濾波電路幅頻測試電路顯示有 無 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 P1 口。 鍵盤掃描流程圖如圖 17 所示。 開始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去抖動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 則無鍵按下，否則有鍵按下；有鍵按下延時 5 至 10ms，再一次判斷有無鍵按下，若仍有鍵按下才最終認(rèn)為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定閉合狀態(tài)；確定有鍵按下，此時對鍵盤進(jìn)行逐行掃描（即對行線依次送低電平），此時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， 程序見附錄 1。 可控增益放大程序設(shè)計 首先將 10mv 正弦信號送入到 AD620 放大模塊 ,其輸出電壓增益為 10dB,然后通過單片機 I/O 口控制多路模擬開關(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) )。 程序見附錄 1。 流程圖如下： 開始增益設(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 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）通過鍵盤動作將與之對應(yīng)的 DDS 頻率控制字送入 DDS 時鐘信號產(chǎn)生電路，通過頻率的改變從而改變?yōu)V波器特性；對于高通（ MAX262）而言，控制則更為復(fù)雜，鍵盤的相應(yīng)動作將與之對應(yīng) DDS 頻率控制字及 MAX262 特征控制字通過 I/O 口送入相應(yīng)模塊中，這樣可以得到所需設(shè)計的濾波器（ DDS 頻率控制字及 MAX262特征控制字又相應(yīng)公式及實驗綜合得到并經(jīng)轉(zhuǎn)化存于單片機 ROM 中）。 程序見附錄 1。 開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時鐘信號產(chǎn)生模塊程序設(shè)計 此模塊由單片機 AT89S52 和 DDS（ AD9851）模塊組成。其控制原理為：首先將 DDS 頻率表（這里由實際情況而定）存于單片機 ROM 中，當(dāng)步進(jìn)鍵動作時相應(yīng)的頻率控制字將由單片機 I/O 口（此處使用 P0 口）送入 AD9851，對應(yīng)的頻率也將產(chǎn)生。 程序見附錄 1。 開始相應(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 時鐘信號產(chǎn)生模塊程序設(shè)計流程圖 DDS掃頻信號產(chǎn)生模塊程序設(shè)計 此模塊與 DDS 時鐘產(chǎn)生模塊硬件電路 基本相同。 DDS 掃頻信號將作為濾波器設(shè)定后的輸入信號 ,最終用來測量濾波器幅頻特性。該模塊工作原理如下：當(dāng)按鍵按下時， DDS 輸出的正弦信號（幅度為 1V 左右）將從 100hz以 10khz 步進(jìn)（間隔為 ）直至頻率為 200khz 時停止，等待相應(yīng)按鍵的 18 再次觸發(fā)。 程序見附錄 1。 其流程圖如圖 21 所示。 開 始DDS 輸出頻率為 100 hz 正弦信號 （ 約 1 v ） 置位幅頻特性測試模塊開始信號掃頻按鍵按下 ？延時 0 . 2 s 取反輸出間隔采樣結(jié)束信號頻率以 10 khz 步進(jìn)（ 幅度基本不變 ）頻率為 200 khz ？延時 0 . 2 s 、 取反輸出間隔采樣結(jié)束信號 、 復(fù)位幅頻特性測試模塊開始信號等待相應(yīng)按鍵再次觸發(fā)否是是否 圖 21 掃頻流程圖 幅頻特性測試模塊程序設(shè)計 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，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（濾波器幅頻特性）在雙蹤示波器上恢復(fù)出來。其控制原理如下：當(dāng) CPLD 接收到 幅頻特性測試模塊開始信 19 號后立即啟動 模數(shù)轉(zhuǎn)換，在每個頻率步進(jìn)間隔內(nèi)（ ）模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的信號經(jīng)CPLD 比較處理后得到最大值并將該值在示波器上恢復(fù)出來的同時開始下一個間隔采樣，直至接收到 幅頻特性測試模塊開始信號的復(fù)位信號時停止采樣，等待下次置位幅頻特性測試模塊開始信號。程序見附錄 1。 開始接收到幅頻特性測試模塊開始信號置位信號 ？CPLD 控制啟動AD 、 DA 模塊AD 、 DA 模塊工作 ， CPLD 對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理 （得到各頻段內(nèi)峰值 ）接收到幅頻特性測試模塊開始信號復(fù)位信號 ？停止 AD 、 DA 模塊工作 ，等待幅頻特性測試模塊開始信號置位信號否是否是 圖 22 幅頻特性測試模塊程序設(shè)計流程圖 4 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果測試 各模塊電路設(shè)計完成后，并不是簡單的直接級聯(lián)，而是先對各個模塊進(jìn)行調(diào)試，在保證指標(biāo)和性能的前提下再有計劃的逐步進(jìn)行級聯(lián)。最后對整個系統(tǒng)進(jìn)行 20 調(diào)試直至滿足設(shè)計要求。 （ 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)試運行液晶顯示部分程序并觀察顯示效果，直到滿足設(shè)計要求。實驗效果詳見附錄二。 （ 2）鍵盤電路調(diào)試 調(diào)試鍵盤掃描程序，當(dāng)鍵盤有動作 時使單片機能夠成功捕捉和識別按鍵的位置，適當(dāng)結(jié)合顯示電路使鍵盤的動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 信號太過微弱，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，能夠使信號幾乎不失真的傳送到后級并放大）。改變該電路滑動變阻器阻值，實現(xiàn) 10mv 信號的 10dB放大。 將 AD603 模塊（按照 PDF 資料及實驗具體要求，這里我們按 9M 的模式連接）連接無誤上電后，調(diào)節(jié)其電壓控制端滑動變阻器使輸入信號增益能夠隨之變 化，按設(shè)計要求（ 20dB、 30dB、 40dB）調(diào)試好三組電阻網(wǎng)絡(luò)。在原電路基礎(chǔ)上接入多路模擬開關(guān) CC4051，通過程序控制電阻網(wǎng)絡(luò)的切換，最終實現(xiàn)增益的設(shè)置和調(diào)節(jié)。（此處 AD603 僅放大到了 40dB 原因是我們在實際制作過程中當(dāng)增益繼續(xù)增大時 AD603 模塊產(chǎn)生了自激） （ 4） DDS時鐘產(chǎn)生電路調(diào)試 先單獨調(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 放大模塊級連（ AD811 放大模塊事先也必須單獨調(diào)試成功），調(diào)試硬件 電路使 DDS 輸出正弦信號經(jīng)放大后波形穩(wěn)定無明顯失真（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（即后級濾波器所需的時鐘信號）為 DDS 模塊輸出信號的同頻率方波（或矩形波），幅度滿足 0v～+5v。結(jié)合鍵盤和顯示模塊使時鐘頻率可通過鍵盤設(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 硬件電路連接無誤上電后，調(diào)試運行程序，先用示波器測量該模塊時鐘信號，當(dāng)其滿 足模塊（ 4）要求后，由信號源接入 0～ 20khz 正弦信號（峰峰值約1v），調(diào)節(jié)輸入信號頻率同時觀測濾波模塊輸出信號，測量并紀(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)前級時鐘電路和改變程序相應(yīng)參數(shù)使濾波器性能更好。結(jié)合上述四個模塊將信號源輸入電壓改為 10mv 并接入到程控增益放大模塊中，取出增益為 40dB 時輸出信號做為濾波器輸入信號，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)輸入信號頻率同時觀測濾波模塊輸出信號，適當(dāng)調(diào)節(jié)前級時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)置時鐘頻率還要求對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。確保電路連接無誤后系統(tǒng)上電，運行調(diào)試相應(yīng)程序并結(jié)合鍵盤和顯示模塊對其進(jìn)行設(shè)置，測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)計的濾波器參數(shù)滿足設(shè)計要求。 （ 6） DDS 掃頻信號產(chǎn)生電路調(diào)試 該模塊調(diào)試與 DDS 時鐘電路產(chǎn)生模塊基本相同。只需對程序做少量修改即可。 （ 7）幅頻特性測試模塊調(diào)試 首先對模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行調(diào)試，模塊調(diào)試通過后再將其掛接在 CPLD模塊上，結(jié)合所設(shè)計程序不斷調(diào)試最終實現(xiàn) CPLD 對 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)功能實現(xiàn)（調(diào)試過程中也應(yīng)逐級調(diào)試）。此時最需要注意的就是電源的共地問題。 22 測試儀器 測試使用的儀器設(shè)備如表 1 所示： 表 1 測試使用儀器與設(shè)備 序號 儀器名稱型號、規(guī)格 主要技術(shù)指標(biāo) 數(shù)量 1 AS2294D 豪伏表 1 2 DS5102 數(shù)字存儲示波器 0—100M 1 3 XJ1631 數(shù)字函數(shù)發(fā)生器 0—2 MHZ 1 4 萬用表 1 5 普通 PC AMD 1 測試方案與測試結(jié)果 1)程控放大電路 系統(tǒng)上電運行后，由信號源接入電壓幅度約為 10mV 的正弦信號（頻率1KHz） ,將示波器探頭與程控放大模塊測試端口相連，當(dāng)鍵盤對增益進(jìn)行設(shè)置時通過數(shù)字示波器觀測并記錄相應(yīng)時刻波形的幅度及頻率。保持信號源輸出電壓幅度不變，改變輸入信號頻率可測得 通頻帶為 100Hz～ 40kHz。整個測量過程放大器輸出電壓無明顯失真。 表 2 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果 （均為多次測量取平均值） 預(yù)置增益 /dB 0dB 10dB 20dB 30dB 40dB 輸出 102mv 315mv 實際增益 /dB 增益誤差 % 2)程控濾波電路 低通濾波器 :在程控放大電路測試完的基礎(chǔ)上按下低通濾波器選擇鍵，通過鍵盤設(shè)置截至頻率 fc（頻率步進(jìn)為 1KHz） 當(dāng)接入信 號頻率遠(yuǎn)小于 fc 時 ,處于導(dǎo)通，信號基本無衰減 。 當(dāng)信號頻率不斷增加直至接近 fc 時 ,輸出信號幅度衰減為原來的 倍 ,記錄此時輸入信號頻率即為該濾波器截止頻率（記錄結(jié)果與設(shè)計 23 值相比即可得誤差）；繼續(xù)增加 fc，當(dāng)信號頻率達(dá)到 2fc 時記錄此時濾波器輸出信號幅度，計算此時 放大器與濾波器總電壓增益。 當(dāng)信號頻率繼續(xù)增加時 ,輸出信號衰減更大，最終衰減為零。所記錄數(shù)據(jù) 均為多次測量取平均值后的結(jié)果。 fc在 1KHZ～ 20KHZ 中取 20 個數(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 實測截止頻率 /KHz 誤差 % 2fc處放大器與濾波器總電壓增益 /dB 高通濾波器 : 在程控放大電路測試完的基礎(chǔ)上按下高通濾波器選擇鍵，通過鍵盤設(shè)置截至頻率 fc（頻率步進(jìn)為 1khz） 當(dāng)接入信號頻率遠(yuǎn)大于 fc 時 ,處于導(dǎo)通，信號基本無衰減 。 當(dāng)信號頻率不斷減小直至接近 fc 時 ,輸出信號幅度衰減為原來的 倍 ,記錄此時輸入信號頻率即為該濾波器截止頻率（記錄結(jié)果與設(shè)計值相比即可得誤差）；繼續(xù)減小 fc，當(dāng)信號頻率達(dá)到 時記錄此時濾波器輸出信號幅度，計算此時 放大器與濾波器總電壓增益。 當(dāng)信號頻率繼續(xù)減小時 ,輸出信號衰減更大，最終衰減為零。所記錄數(shù)據(jù) 均為多次測量取平均值后的結(jié)果。 fc 在 1khz～ 20khz 中取 20 個數(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 實測截止頻率/khz 誤差 % 處放大器與濾波器總電壓增益 /dB 24 實驗中對所設(shè)計的濾波器幅頻特性進(jìn)行了測量，圖