超外差与FFT结合的简易频谱显示仪

"简易频谱显示仪是一种基于单片机和FPGA控制的电子设备，它结合了超外差和快速傅里叶变换(FFT)技术来显示输入信号的频谱。系统使用DDS芯片产生本地振荡信号，该信号与输入信号通过模拟乘法器混合，然后经过开关电容滤波器和A/D采样器处理，转化为数字信号。接下来，通过FFT运算获取频域信息，并在示波器上显示频谱。系统特点包括快速测量、高实时性、宽频率范围、高频率分辨率和精度。它能够处理100Hz到1MHz频率、100mV到5V幅度的正弦、余弦、方波信号，以及正弦调幅信号的频谱，并具备翻页显示、频谱存储和回放功能。" 本文详细介绍了简易频谱显示仪的设计与实现。系统的核心在于结合了传统的超外差技术与现代数字信号处理方法，以达到理想的性能指标。在方案比较中，提到了三种不同的设计方案： 1. 扫频法：利用超外差原理，本地振荡器产生的扫频信号与输入信号混频，通过窄带滤波器得到频谱信息。此方法虽频率范围宽、动态范围大，但频率分辨率受限于滤波器带宽，且测量时间较长。 2. FFT法：直接对输入信号进行A/D采样后，通过FFT计算得到频谱分布。这种方法测量速度快、实时性强，但频率范围受限于ADC转换速率，难以兼顾高分辨率和宽频带。 3. 超外差与FFT结合：将输入信号下混频至低频，再用FFT处理，兼顾了宽频带和高分辨率，同时保持了快速测量和实时性。 最终，选择了第三种方案，利用DDS集成芯片（如AD9851）生成本地振荡信号，因为这种方法可以提供更快的频率转换、更宽的频带和较高的频率分辨率，适合于频谱显示仪的需求。 在本地振荡器的选择上，也对比了锁相环和DDS集成芯片两种方式。锁相环虽然有良好的频率选择性，但锁定时间长，频率范围受限；而DDS芯片则提供了高速转换和较宽的频率范围，更适合于本系统的需求。 总结来说，简易频谱显示仪是利用现代数字信号处理技术对传统超外差接收机的改进，它在保持高测量精度和实时性的同时，扩大了频率范围，提高了频率分辨率，为各种信号的频谱分析提供了便捷工具。系统设计中充分考虑了硬件和算法的优化，确保了性能和效率的平衡。