【正文】 能給出正確的結(jié)果，即要求軟件具有自適應(yīng)性；第二是在環(huán)境惡劣、干擾嚴重的情況下，軟件必須保證系統(tǒng)能可靠的運行，這對系統(tǒng)的整體可靠運行尤其的重要。 這對整個系統(tǒng)具有重要的意義，對頻譜分析儀而言就更具有實際的意義，其結(jié)果的準(zhǔn)確程度是直接關(guān)系到用戶的切身利益。因此，在算法選擇上和位數(shù)選擇方面滿足實際要求、運算結(jié)果要符合國家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 實時性是頻譜分析儀的普遍要求。近年來，由于硬件的集成度與速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實時性容易滿足要求，特別是對于匯編語言編制的軟件。 軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補充。由于生產(chǎn)過程自動化程度的不斷提高，測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，設(shè)計人員很難在短時間內(nèi)就 對整個系統(tǒng)理解無誤，軟件的設(shè)計與調(diào)試不可能一次就很順利的完成，有些問題是在運行的過程中逐步的暴露出來的，這樣就要求編制的軟件能夠易于理解和修改，在軟件的設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是一種最好的設(shè)計方法，這種設(shè)計方法是從整體到局部，然后由局部再到細節(jié)，先考慮整個系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，確定整體的目標(biāo)，然后把這個目標(biāo)分成一個個任務(wù)，任務(wù)中又可以分成若干小的任務(wù)，這樣逐層細分，逐層實現(xiàn)它的功能，最后完全實現(xiàn)。 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，這樣不但使得設(shè)計的目標(biāo)明確，思路清晰，而且在檢錯、調(diào)試時候也很方便。如果每個子程序單獨運 行正確，那么當(dāng)如積木一樣，把它們聯(lián)合起來的時候，只要安排恰當(dāng)，一般來說不會有什么問題，當(dāng)然也不排除個別問題的產(chǎn)生，當(dāng)有問題的時候，可以根據(jù)問題的種類和現(xiàn)象來判斷出是哪一部分出的問題，很容易找出故障所在和原因。同時，采用模塊化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，對于系統(tǒng)功能的擴充和修改也提供了很大的幫助和方便。 主程序的軟件設(shè)計 在軟件控制上，由于方案要求產(chǎn)生的 10KHz頻率步進增加，所以對 AD9850 頻率調(diào)制簡易頻譜分析儀的設(shè)計 19 字改變也應(yīng)是快速的。 AD9850 調(diào)制字（ Tuning Words）的裝入采用異步串行接口 UART，同時 兼顧到單片機 I/O 口的分配和對調(diào)制字裝入速度的要求，為了加快掃頻和掃描速度，將系統(tǒng)時鐘改成最大值 49MHz，以加快掃頻和掃描速度。 另外，由于硬件采集系統(tǒng)無法達到全頻段的穩(wěn)定性，在收集頻譜樣值后我們通過軟件對其進行一定的校準(zhǔn)處理：根據(jù)固定輸入信號的幅值，對全頻段掃描結(jié)果并記錄比較，設(shè)計校準(zhǔn)曲線，來達到良好的穩(wěn)定性，彌補硬件頻率失真帶來的誤差，提高頻譜測量儀的精度。軟件還對數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)頻譜特性判別是 AM、 FM 或單頻波，計算調(diào)制深度或調(diào)頻系數(shù)。 主程序流程圖 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 4 系統(tǒng)調(diào)試與指標(biāo)測試 硬件調(diào)試 先對各個模塊進行獨立調(diào)試，各個模塊成功調(diào)試后，將每個模塊進行級聯(lián)，整體調(diào)試效果。由于被測信號是 1— 30MHZ有效值為 20MV的小信號，為提高測量精度，先將其放大，然后輸入混頻器。上訴部分為高頻部分，為了避免產(chǎn)生自激，我們將其 焊接的比較緊密并且讓其遠離電源，防止干擾。由于輸入信號的帶寬非常大，我們利用帶寬增益控制器AD603 進行固定增益放大。 軟件調(diào)試 測 DDS 掃描頻率，觀察 10KHZ步進的頻率穩(wěn)定性，測試鍵盤和液顯的操作界面。 軟硬聯(lián)合調(diào)試 在此過程中我們發(fā)現(xiàn)檢波電路對數(shù)據(jù)的采集有非常大的影響，設(shè)計中，為了加快掃描速度，我們提高了單片機的時鐘，但在 DDS 掃頻時由于濾波器電容放電需要一定時間，所以為了保證掃描精度，必須加入延時以保證電容放電時間，使相鄰頻點的值不相互影響。 指標(biāo)測試 指標(biāo)測 試是很重要的一個過程，它決定著 整個系統(tǒng)是否起作用，各個模塊是否有著很好的連接等重要問題。 儀器 測試 ◆ Tektronix TDS1012 雙通道數(shù)字示波器 100MHz ◆ HT1714C 型直流穩(wěn)壓電源 ◆ TFG2030 DDS 函數(shù)信號發(fā)生器 30MHz ◆ UT56 Multimeter 數(shù)字萬用表 指標(biāo)測試 （ 1）頻率范圍測試： 測試條件：輸入信號有效值 20mV。 簡易頻譜分析儀的設(shè)計 21 表 頻率范圍測試 輸入頻率 fi/MHZ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 示波器顯示電壓 /V 測得輸入信號有效值 /MV 21 21 21 22 20 20 20 20 19 20 輸入頻率 fi/MHZ 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 示波器顯示電壓 /V 測得輸入信號有效值 /MV 20 19 19 19 19 19 20 19 20 19 輸入頻率 fi/MHZ 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 示波器顯示電壓 /V 測得輸入信號有效值 /MV 19 19 19 19 19 20 20 19 19 20 結(jié)果：最大誤差 2MV （ 2） 幅度精度測試： (示波器顯示幅值和測得相應(yīng)頻點幅度有效值 ) 表 幅度精度測試 輸入幅度有效值 Fo=1MHZ Fo=10MHZ Fo=20MHZ Fo=30MHZ 15MV 20MV 25MV 結(jié)果：在測量范圍內(nèi)，幅度精度較高 ,誤差在 2mV以內(nèi)。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 （ 3）識別調(diào)幅，調(diào)頻，等幅波測試： ① 輸入等幅波，可精確掃描到中心頻率點。 ② 輸入調(diào)幅波調(diào)制度為 30%，調(diào)制信號頻率為 20KHz,中心頻率 Fo=10MHz,載波信號 ,幅度 500mV峰峰值。 結(jié)果：三條譜線，中心頻率 10MHz。兩邊頻率為 和 ，中間幅度 /邊頻幅度約為 1/6，可計算出調(diào)制度為 33%。 ③ 輸入調(diào)頻波頻偏為 20KHz，調(diào)制信號頻率為 1KHz, 中心頻率 2MHz 載波信號 ,幅度600mV峰峰值。 結(jié)果：可以看到中心頻率值左右有多條譜線，但幅度不同，可以算出中心頻率 2MHz。 分析：因為掃頻是測量某一瞬態(tài)的頻譜，對于調(diào)頻波這種變頻信號，不同瞬態(tài)的頻譜圖不一樣。頻率最大值會在頻偏范圍內(nèi)擺動，且每隔 1KHz 的頻譜超過了我們的分辨率，所以我們測得的調(diào)頻信號頻譜不是特別理想。但仍然可以根據(jù)譜線分布特征判斷出為調(diào)頻波的中心頻率。 簡易頻譜分析儀的設(shè)計 23 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲，在這三年里相信很多同學(xué)都有一樣的感觸，時光飛逝。轉(zhuǎn)眼已進入倒計時階段，回顧這段經(jīng)歷，有苦澀，也有 歡心 。 而在這之中，最 重要的是我們 都 收獲 了屬于自己的財富 。 本設(shè)計 主要 利用超外差原理實現(xiàn)了對信號頻譜分析的功能，覆蓋了 1— 30MHZ的頻譜范圍。對電壓值的標(biāo)定采用對比法，能得到很高的測量幅度 與精度。通過 示波器顯示頻譜值，并 且 可 以 根據(jù)使用需要設(shè)置中心頻率和顯示帶寬。 我們應(yīng)用了集成度較高的芯片構(gòu)成各功能模塊，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。在設(shè)計中各 個 模塊的設(shè)計都很重要，只有掌 握好各種芯片的性能指標(biāo)，使每級輸入的幅度和頻率都適合于能使他們發(fā)揮最好的效果，并且要注意各級的級聯(lián)，否則會影響整個系統(tǒng)的性能。 通過這一綜合的實踐，很好的提高了自己的實踐操作能力，并對所學(xué)過 的相關(guān)專業(yè)知識 內(nèi)容進行了回顧與整合。 鍛煉了自己的綜合能力，我覺得這才是最終設(shè)計的意義所在?？吹降氖莿e人的， 聽到的也未必是自己的， 只有自己做過的才真正 是 屬于自己 的 ，才算是收獲。相信所有的付出都必定是物有所值的。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 致 謝 在論文即將完成之際， 由衷 的 向給予我悉心指導(dǎo)的導(dǎo)師高明亮老師致以 真誠的謝意。感謝高老師這學(xué)期以來對論文的反復(fù)的審查和修改，并提出了許多寶貴的意見，指導(dǎo)我查找相關(guān)文獻。 高老師治學(xué)嚴謹，學(xué)識淵博，視野開闊，為我營造了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍。在這學(xué)期的設(shè)計當(dāng)中我遇到了許多困難。通過高老師和同學(xué)們的幫助得以順利解決。是他給予我的悉心幫助 ， 讓 我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。 高老師嚴謹求實的學(xué)術(shù)風(fēng)范和平易近人的人格魅力，令每一位師從他的弟子如沐春風(fēng)一般 ， 倍 感溫馨。在課題選擇和論文寫作過程中，正是高老 師的精心指導(dǎo)和莫大幫助，使很多難題迎刃而解。高老師嚴謹求實的 作風(fēng)、博大精深的學(xué)術(shù)知識、誨人不倦 的優(yōu)良品格將 深深影響著我今后的 學(xué)習(xí) 與生活，也將是我 始終不變的目 標(biāo)。 由衷的 將祝福送給每一位幫助過我的老師和同學(xué)們。 畢業(yè)論文的順利完成還要衷心感謝我的朋友們，是他們帶給了我很多快樂，伴我走過了人生的一個重要階段。在此，謹向他們表示深深的謝意。 簡易頻譜分析儀的設(shè)計 25 參考文獻 [1] 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會 . 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選 (2021)[M]，北京 :北京理工大學(xué)出版社 ， 2021. 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