数字扫频式频率特性测试仪设计——基于89C55和FPGA

"基于89C55和FPGA的频率特性测试仪，设计了一种数字扫频式频率特性测试仪，以解决传统模拟扫频仪的局限性，如价格高昂、体积大和无法直接获取相频特性。该测试仪重点讨论了信号发生模块和被测网络的设计选择，采用了直接数字频率合成器(DDFS)和改进双T网络来实现高精度、灵活的频率特性测量。" 在设计频率特性测试仪的过程中，方案论证与选择是关键步骤。对于信号发生模块，有多种技术可供选择： 1.1.1 信号发生模块 - 方案1依赖于模拟分立元件或单片压控函数发生器，虽然能够生成多种波形，但稳定性、精度和灵活性都不足。 - 方案2，即传统的直接频率合成器，因其复杂的结构和无法实现任意波形输出而被排除。 - 方案3，锁相式频率合成器，虽然提供高稳定度和精确度，但频率转换时间较长且不支持任意波形。 - 最终选择了方案4，直接数字频率合成器(DDFS)，它结合了高速频率变换和任意波形输出的能力，适合在FPGA中实现。 DDFS技术基于Nyquist时域采样定理，允许在数字域内灵活控制频率、相位和幅度，其输出相位连续，具有高的相对带宽，特别适用于需要快速响应和多样波形输出的场合。 1.1.2 被测网络部分，测试仪需要一个能够灵活调整频率特性的网络： - 方案1是使用基本的阻容双T网络，虽然简单，但带宽和Q值固定，适应性有限。 - 选择方案2，即改进双T网络配合射级跟随器反馈，这可以限制网络带宽并提高陷波效果，更符合应用需求。 设计的数字扫频式频率特性测试仪通过89C55微控制器和FPGA协同工作，实现了对系统或元件频率响应的精确测量。FPGA作为核心，利用DDFS技术生成所需测试信号，同时采用改进双T网络以适应不同的频率特性测试场景。这样的设计不仅降低了成本，缩小了体积，还提供了实时相频特性测量的能力，极大地提高了测试效率和准确性。在实际应用中，这种测试仪可以广泛应用于电子设备的研发、生产调试以及故障排查等场景。