【文章內(nèi)容簡介】 率范圍為：100Hz10kHz，故采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)能很好的完成上述任務(wù)。 掃頻信號源的實(shí)現(xiàn)基于DDS技術(shù)的掃頻信號源的制作是正弦波信號發(fā)生器的核心，本設(shè)計(jì)由AD9851直接數(shù)字頻率合成芯片來產(chǎn)生滿足需要的100Hz10kHz掃頻信號。采用并行送控制字的方式，減少控制耗時(shí)，而AD9851的響應(yīng)速率保證其在10秒內(nèi)完成掃描。經(jīng)過輸出掃頻測試，DDS芯片可以在10秒內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定輸出頻率連續(xù)變化的正弦波。其電路原理圖如圖3所示。AD9851頻率控制字FSW與最終合成的信號頻率之間的轉(zhuǎn)換公式為：采用系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz，字長為32位。通過控制送入頻率控制字FSW，經(jīng)過轉(zhuǎn)換公式的計(jì)算可得題目所要求的頻率在100Hz10kHz范圍內(nèi)的掃頻信號源。圖3 掃頻信號源，可以調(diào)節(jié)電位器R7，R8實(shí)現(xiàn)輸出VPP=1V的要求。 輸出電阻小于1的實(shí)現(xiàn)由于題目要求正弦波信號發(fā)生器的輸出電阻小于1，其目的是為了帶起足夠大的負(fù)載，但又必須滿足信號源的輸出電壓的峰峰值保持在1V，于是設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓跟隨器來減小輸出阻抗，其電路如下圖4所示。+Vcc信號輸入功率輸出大功率BJTVNVPVout圖4 信號功率輸出VP = VN= Vout由于題目要求輸出電阻小于1，則輸出電流為1A，而運(yùn)放的輸出電流比較小，因此需要一個(gè)大功率的三極管進(jìn)行擴(kuò)流，采用射極輸出，從而實(shí)現(xiàn)了輸出電阻小于1的目的。 峰值檢測 峰值檢測方案方案一：利用一個(gè)二極管和一個(gè)電容即可構(gòu)成一個(gè)簡單的檢測電路。方案二：利用二極管和運(yùn)放LM324構(gòu)成一個(gè)檢波電路，來測量電壓的峰峰值。測量數(shù)據(jù)利用A/D 轉(zhuǎn)換器來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，送液晶顯示屏顯示。方案三：。輸出電壓信號的幅值由峰值檢波器、A/D 轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)AT89S52共同完成。綜合考慮這三種方案，盡管方案一與方案二的電路簡單，但測量精度不高，而方案三有同步電容放電回路，可提高峰值測量精度。因此選用方案三。 峰值檢測電路峰值測量是由單片機(jī)輸出一個(gè)10ms寬的正脈沖使開關(guān)管Q1飽和導(dǎo)通，使得電容放電，完成峰值測量的準(zhǔn)備。如圖5所示。 A/D轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)的測量部分采用了A/D轉(zhuǎn)換電路來采集峰峰值信號，將電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入處理部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。A/D轉(zhuǎn)換電路使用的是高速的12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574，A/D轉(zhuǎn)換電路如圖6。圖 6 A/D 轉(zhuǎn)換電路AD574的測量精度可達(dá)1/（1）=1/4095，已超過此次題目的精度要求，用八位的A/D 轉(zhuǎn)換器即能滿足題目，但考慮到在今后的電子設(shè)計(jì)中會經(jīng)常用到高精度的A/D 轉(zhuǎn)換電路，故使用了12位的A/D 轉(zhuǎn)換器。AD574 可以通過12/8引腳可進(jìn)行12位和8位的選擇。此AD574接口電路采用了三態(tài)瑣存器74LS373，邏輯控制信號由（CS和A0）有單片機(jī)數(shù)據(jù)口P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373瑣存到輸出端Q0、Q1和Q2上，用于控制AD574的工作過程，AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0數(shù)據(jù)總線連至89S52，由于我們只使用了8位數(shù)據(jù)口，12位數(shù)據(jù)分兩次讀入89S52，所以接地。STS為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，無論AD574是處在啟動、轉(zhuǎn)換，還是輸出結(jié)果，使能端子CE都必須為1，因此將單片機(jī)的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00與AD574的使能端CE相連。 數(shù)據(jù)的測量與處理 一端口網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)可將R、L、C任意組合形成一個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)，如圖7。RjwL1/jwCU圖7 任意一端口的導(dǎo)納 ， 則 ， 導(dǎo)納模 ，導(dǎo)納角 arctan (B/G) 整形電路的設(shè)計(jì)此部分的設(shè)計(jì)需將從正弦波信號發(fā)生器和一端口網(wǎng)絡(luò)出來的正弦波整形為方波信號送入CPLD進(jìn)行脈沖記數(shù)，從而通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算出導(dǎo)納角。其主要設(shè)計(jì)思路是：將正弦波信號與零進(jìn)行比較，即通過過零比較器形成方波信號，整形電路如圖8所示。圖8 整形電路正弦波的上、下半部分分別與電壓零進(jìn)行比較，當(dāng)大于零時(shí)輸出1，既高電平，當(dāng)小于零時(shí)輸出零，即低電平，從而達(dá)到整形成方波的效果。整形波形如圖9。 圖9 整形后的波形圖 導(dǎo)納模|Y |的測量圖10為測量一端口網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納的原理圖，其中Us是正弦波信號發(fā)生器，可產(chǎn)生頻率可控的正弦波，R為信號源的輸出電阻；Rm為精密測量電阻。UsR圖10 導(dǎo)納測量原理圖一端口網(wǎng)絡(luò)由圖1得一端口網(wǎng)絡(luò)的復(fù)阻抗為：對于頻率為的正弦輸入，設(shè)壓電晶體兩端測量點(diǎn)的電壓向量分別為、由相應(yīng)的復(fù)電阻為：將復(fù)數(shù)展開得：式中 轉(zhuǎn)換為電導(dǎo)值,且： 式中： 。從上列式子可看出，一端口網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納是復(fù)數(shù)，只要測量出不同頻率下的、和的數(shù)值，便可得一端口網(wǎng)絡(luò)（在對應(yīng)頻率）的導(dǎo)納值?；谝陨纤悸?，可以通過對一端口網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓UA和輸出電壓UB經(jīng)過峰值檢測電路測出電壓差UAB，即為一端口網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓，再將輸出電流經(jīng)過流壓轉(zhuǎn)換后形成電壓值送入A/D 轉(zhuǎn)換電路，得到的數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具體計(jì)算導(dǎo)納模|Y |的計(jì)算方框圖如圖11：A/D 轉(zhuǎn)換