2005电子大赛一等奖:简易频谱分析仪设计与实现
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简易频谱分析仪[2005年电子大赛一等奖]是一个基于SPCE061A单片机的外差式频谱分析系统,它在2005年的电子大赛中荣获一等奖。该设计由北京邮电大学的刘轩、张绍亮和张迪团队完成,发布于2006年5月25日,其核心思想是利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器,配合AD835集成混频器进行信号处理。 方案论证部分,他们提出了三种不同的设计思路: 1. 扫频法:采用外差原理,通过本机振荡器产生的信号与输入信号混合,通过滤波器提取出特定频率的信号幅度。这种方法的优点是扫描范围广、硬件成本低,但对硬件性能要求高,且调试复杂,适合测量稳态信号,时间消耗较大。 2. FFT法:利用数字信号处理技术,通过模拟/数字转换器(ADC)采集信号,然后通过快速傅立叶变换(FFT)计算频谱。这种方法硬件简单,主要依赖软件运算,可以提供高分辨率,但随着频率和分辨率的提升,对ADC和DSP芯片性能的要求增加,成本也随之上升。 3. 分段FFT:通过将信号分段处理,降低对高速硬件的需求,但软件和硬件设计复杂度显著增加,尤其在宽频段如1MHz-30MHz范围内。 考虑到成本和实际条件,团队选择了扫频法来实现频谱分析仪,因为这种方法在满足要求的同时,更注重实用性。 详细软硬件设计方面,关键组件包括: - SPCE061A单片机作为主控制器,负责数据处理和控制信号流程; - DDS芯片用于生成可调频率的本机振荡信号; - AD835集成混频器,用于混合输入信号和本机振荡信号,形成不同频率的差频信号; - 开关电容滤波器用于分离不同频率的信号; - 放大和检波电路,增强信号强度并将其转换为易于测量的电信号; - 最后,经过SPCE061A处理后的数据被送到示波器显示出频谱信息。 整个设计允许用户设置中心频率和带宽,具备识别调幅、调频和等幅波的能力,适用于检测1MHz至30MHz范围内的信号。尽管它可能不如FFT法那样提供超高的分辨率,但其成本效益和实用性使其成为了一种实用的频谱分析解决方案。
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