【導(dǎo)讀】掃頻儀是測量網(wǎng)絡(luò)傳輸特性的儀器，在現(xiàn)代電子測量中占據(jù)著重要的地位。重分析了掃頻儀的工作原理，提出了一種基于DDS技術(shù)的掃頻儀的設(shè)計方案。上掃頻儀的研究現(xiàn)狀和對系統(tǒng)特性進(jìn)行分析以后，確定了本設(shè)計的性能指標(biāo)和總體方案。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，觀察頻率特性圖，給使用者帶來方便。

　　

【正文】 其間由包含有液晶材料的 5μm 均勻間隔隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(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。 背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬液晶液滴的液晶層。液晶層中的液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個 像素 。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和 驅(qū)動電路 部分。當(dāng) LCD 中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。 液晶顯示技術(shù) 也存在弱點(diǎn)和技術(shù)瓶頸，與 CRT 顯示器相比亮度、畫面均勻度、 可視角度 和反應(yīng)時間上都存在明顯的差距。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。 對于液晶顯示器來說，亮度往往和他的背板光源有關(guān)。背板光源越亮，整個液晶顯示器的亮度也會隨之提高。而在早期的液晶顯示器中，因?yàn)橹皇褂?2 個冷光源燈管，往往會造成亮度不均勻等現(xiàn)象， 同時明亮度也不盡人意。一直到后來使用 4 個冷光源燈管產(chǎn)品的南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 推出，才有很大的改善。 信號反應(yīng)時間也就是液晶顯示器的液晶單元響應(yīng)延遲。實(shí)際上就是指的液晶單元從一種分子排列狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另外一種分子排列狀態(tài)所需要的時間，響應(yīng)時間愈小愈好，它反應(yīng)了液晶顯示器各像素點(diǎn)對輸入信號反應(yīng)的速度，即屏幕由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的速度。響應(yīng)時間越小則使用者在看運(yùn)動畫面時不會出現(xiàn)尾影拖拽的感覺。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(shí)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。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。有些廠商采用的是在顯示電路中加入了一片 IC 圖像輸出控制芯片，專門對顯示信號進(jìn)行處理的方法來實(shí)現(xiàn)的。 IC 芯片可以根據(jù) VGA 輸出 顯卡信號頻率，調(diào)整信號響應(yīng)時間。由于沒有改變液晶體的物理性質(zhì)，因此對其亮度、對比度、 色彩飽和度 都沒有影響，這種方法的制造成本也相對較高。 由上便可看出，液晶面板的質(zhì)量并不能完全代表液晶顯示器的品質(zhì)，沒有出色的顯示電路配合，再好的面板也不能做出性能優(yōu)異的液晶顯示器。隨著 LCD 產(chǎn)品產(chǎn)量的增加、成本的下降，液晶顯示器會大量普及。 LCD192X64 顯示電路 本設(shè)計的根本目的就是要得到被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線，并在 LCD 顯示器上面顯示出來，下圖是 LCD192X64 與單片機(jī) ATmega128 的硬件連接電路圖，由于本設(shè)計最終輸出的是幅頻特性曲線，因此數(shù)碼管不適合本設(shè)計。 LCD192X64 需要 5V 的電壓電源供電。 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。用以完成這個任務(wù)的電路稱為檢波器。最簡單的檢波器僅需要一個二極管就可以完成，這種二極管就被稱做檢波二極管。 目前，集成射頻檢波器現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用，而且每當(dāng)要求更高的靈敏度和穩(wěn)定性時，集成射頻檢波器有代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二極管檢波器的趨向。 從 調(diào)幅波 中恢復(fù)調(diào)制信號的電路，也可稱為幅度解調(diào)器。與調(diào)制器一樣，檢波器必須使用非線性元件， 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 37 預(yù)零交叉檢波器的設(shè)計 因而通常含有二極管或非線性放大器 . (2) 包絡(luò)檢波器 圖 38是典型的包絡(luò)檢波電路。由中頻或高頻放大器來的標(biāo)準(zhǔn) 圖 38 檢波器的電壓輸入輸出波形 調(diào)幅信號 ua(t）加在 L1C1 回路兩端。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。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。 包絡(luò)檢波器的工作原理可用圖 2的波形來說明。在 t1tt2時間內(nèi)，輸入信號瞬時值ua(t）大于輸出電壓 u(t），二極管導(dǎo)通，電容 C通過二極管正向電阻 ri充電， u(t）增大；在 t2tt3 時間內(nèi)， ua(t）小于 u(t），二極管截止， C 通過 RL放電，因此 u(t）下降；到 t3 以后，二極管又重新導(dǎo)電，這一過程照此重復(fù)不已。只要 RLC 選擇恰當(dāng)，就可在負(fù)載 RLC上得到與輸入信號包絡(luò)成 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）。如果時間常數(shù) RLC 太大，放電速度就會放慢， 當(dāng)輸入信號包絡(luò)下降時， u(t）可能始終大于 ua(t），造成所謂對角切割失真（圖 2）。此外，檢波器的輸出通常通過電容、電阻耦合電路加到下一級放大器，如圖 1 中虛線所示。如果 Rg 太小，則檢波后的輸出電壓 u(t）的底部即被切掉，產(chǎn)生所謂的底部切割失真。 (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。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uS(t)和 uc(t)的乘積成正比，即 u0(t)=Kus*(t)uc(t) 式中 K 為一比例常數(shù)。 U0(t)中包括兩項(xiàng)，一項(xiàng)為高頻項(xiàng)（ 2ω c+Ω m），另一項(xiàng)為低頻項(xiàng)（ Ω m）。通過低通濾波器后將高頻項(xiàng)濾除，即得到與調(diào)制波成對應(yīng)關(guān)系的輸出。 Uc(t) 通常可用本地振蕩器或 鎖相環(huán) 產(chǎn)生。同步檢波器的抗干擾性能比包絡(luò)檢波器優(yōu)越， 但是它的電路比較復(fù)雜。隨 著電子技術(shù)的進(jìn)步，這種解調(diào)方法的應(yīng)用日益廣泛。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 311 雙通道對數(shù)檢波器 檢波電路原理 檢波器，是檢出波動信號中某種有用信息的裝置。用于識別波、振蕩或信號存在或變化的器件。檢波器通常用來提取所攜帶的信息。檢波器分為包絡(luò)檢波器和同步檢波器。前者的輸出信號與輸入信號包絡(luò)成對應(yīng)關(guān)系，主要用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的解調(diào)。后者實(shí)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）。同步檢波器主要用于單邊 帶調(diào)幅信號的解調(diào)或殘留邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)。 此電路的目的就是要將被測網(wǎng)絡(luò)的輸出，輸入進(jìn)單片機(jī) 。 圖 36 檢波電路 第五章 總結(jié) 28 第 四 章 軟件部分簡介 主程序模塊 該模塊是總模塊，掃頻信號發(fā)生器的主程序流程圖如圖 41。 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。 開 始A D 9 8 5 1 初 始 化啟 動 A D 9 8 5 1輸 出 信 號 第五章 總結(jié) 30 總 結(jié) 頻率特性是分析系統(tǒng)特頻率的重要方法，穩(wěn)態(tài)測量法掃測量系統(tǒng)的頻率特性在現(xiàn)代電子測量中占有重要的地位。各類型號的數(shù)字掃頻儀根據(jù)它的用途不同，性能指標(biāo)可能差別很大，所以價格也不盡相同。本文是設(shè)計一種簡易型的掃頻儀，體積較小，性價比高，能顯示頻率特性曲線。 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。詳細(xì)闡述了基于 DDS 技術(shù)的掃頻信號發(fā)生器、增益控制 電路、數(shù)據(jù)處理和控制電路的硬 件和軟件設(shè)計。 到現(xiàn)在為止，主要完成了以下工作： ，確定了本數(shù)字掃頻儀的主要性能指標(biāo)。 ，確立使用掃頻法并提出系統(tǒng)設(shè)計的 總體方案。 、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。 本系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)方法： ，檢波電路雖然能基本完成檢波的功能，但是干擾較大， 所得的結(jié)果有一定的 偏差，應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化電路，擴(kuò)大接地面，來降低干擾。 ，而數(shù)據(jù)采集和 處理電路屬于數(shù)字電路，是模擬數(shù)字混合的電路，所以如何降低模擬和數(shù)字信號之間的影響，降低電路的噪聲，保證模擬信號的精確度是一個必要的問題，應(yīng)采用隔離措施減少模擬數(shù)字電路間的干擾，或采用較高分辨率的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 目前，本人所做的設(shè)計跟規(guī)定的頻率特征測試儀的要求還有很大的差距，許多功能 還沒有實(shí)現(xiàn)。在已完成的軟、硬件設(shè)計中也有很多需要改進(jìn)的部分。對各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的 提高、諸多 功能的完善尚有待進(jìn)一步的研究和開發(fā)。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1].王文理 、 王麗 , DDS 在數(shù)字頻率特性測試儀中的應(yīng)用 [D],《國外電子元器件》 20xx 年第 1 期 [2].高吉祥 . 電子儀器儀表設(shè)計 [M].電子工業(yè)出版社， 20xx [3].張偉民 ,蘇岱安 . 基于 DDS 改進(jìn) BT4 型掃頻儀 [J], 現(xiàn)代電子技術(shù) ,20xx 年第 14 期總第 229 期 :121126. 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