单片机与FPGA实现的频率特性测试仪

"单片机与DSP中的基于单片机和FPGA的频率特性测试仪的设计，使用扫频外差原理，控制核心为单片机和FPGA，测试范围为100 Hz～100 kHz，适用于电子工程领域的频率特性分析。" 本文主要讨论了一种基于单片机和FPGA的频率特性测试仪的设计，这种测试仪能够有效地测量电子网络的幅频和相频特性，提供快速、动态的测量结果，适用于广泛的电子工程应用。设计的核心在于扫频外差技术，这是一种常用的频率特性测量方法，通过对输入和输出信号的频率和相位进行分析，可以揭示网络的频率响应特性。 测试仪的系统设计方案中，采用了单片机和FPGA的组合，形成了一个高效的控制单元。单片机通常负责系统的管理和数据处理，而FPGA（Field Programmable Gate Array）则用于执行实时的高速计算任务，如相位差测量。在这种设计下，扫描信号源输出频率可步进的正弦波，作为待测网络的输入，网络的输出信号经过处理后，可以得到幅频和相频响应曲线。 在扫频信号源设计方案中，采用了直接数字合成（Direct Digital Synthesis, DDS）技术。DDS是一种通过数字手段生成模拟信号的方法，它利用高速数字计数器（相位累加器）和双端口RAM存储正弦波表，通过改变累加器的初始相位来调整输出频率。DDS的优势在于可以实现极高的频率分辨率和精确的频率步进，同时，经过低通滤波器的处理，可以得到纯净的正弦波输出。 为了测量相位差，设计中利用了FPGA的并行处理能力。当输入信号Vi的上升沿触发计数器开始计数，输出信号Vo的上升沿停止计数，计算出的时间差与信号周期的比例即为相位差。这种方法确保了相位测量的精度和实时性。 这个基于单片机和FPGA的频率特性测试仪设计结合了两者的优点，实现了高效、精确的频率特性测试，对于电子工程领域来说，是一个实用且灵活的工具，可用于各类网络性能的评估和调试。