基于ad9851的便攜式數(shù)字掃頻儀器的設(shè)計(硬件設(shè)計)畢業(yè)論文-資料下載頁

【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。因為液晶材料本身并不發(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，因為只使用 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，專門對顯示信號進行處理的方法來實現(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 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，一項為高頻項（ 2ω c+Ω m），另一項為低頻項（ Ω m）。通過低通濾波器后將高頻項濾除，即得到與調(diào)制波成對應(yīng)關(guān)系的輸出。 Uc(t) 通?？捎帽镜卣袷幤骰?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，輸入進單片機 。 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 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行了測試。 本系統(tǒng)存在的問題及改進方法： ，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)該進一步進行優(yōu)化電路，擴大接地面，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 還沒有實現(xiàn)。在已完成的軟、硬件設(shè)計中也有很多需要改進的部分。對各項技術(shù)指標(biāo)的 提高、諸多 功能的完善尚有待進一步的研究和開發(fā)。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 參考文獻 [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 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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