2013年全国大学生电子设计竞赛简易频率特性测试仪E题优秀论文.pdf

### 2013年全国大学生电子设计竞赛简易频率特性测试仪E题优秀论文解析 #### 一、项目概述 2013年的全国大学生电子设计竞赛中，“简易频率特性测试仪”（E题）是一个备受关注的项目。该项目旨在设计一款能够测量不同频率下电路特性的测试仪器。参赛团队通过巧妙地结合多种技术手段，成功研发了一款基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）和STM32单片机的简易频率特性测试仪。 #### 二、系统架构与关键技术 ##### 1. 正交扫频信号源模块 - **方案一**：基于DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字合成）技术的AD9851芯片来产生扫频信号。此方案利用了AD9851的高度集成特性及其内置的D/A转换器和比较器，通过STM32微处理器控制其频率控制字来生成所需频率的正弦波。两片AD9851可以调整相位差以产生两路正交的正弦波，进而实现扫频。此方案的优点在于系统结构简单且稳定。 - **方案二**：同样采用AD9851芯片，但由于直接输出的正交信号难以保证幅值达到要求，需要加入自动反馈网络来进行调整。具体来说，通过ADS831采集输出信号并将其送入STM32进行分析，当发现幅值未达到标准时，则通过TPL0501数字电位器与VCA 810程控运放构成的反馈网络调整信号强度。虽然该方案理论上可行，但实际操作中反馈网络的设计较为复杂，可能存在未知干扰因素，因此未被采纳。 - **方案三**：采用FPGA来实现扫频信号源。FPGA具有高度的灵活性和可编程性，能够根据需求生成线性扫频或对数扫频信号，并保持等幅特性。相较于前两种方案，基于FPGA的扫频信号源在稳定性、精确性和扩展性方面更具优势。 ##### 2. 混频与滤波 - **混频**：利用乘法器AD835实现扫频信号与待测网络输出信号的混合（即倍频）。此步骤对于提取频率特性至关重要。 - **滤波**：通过RC低通滤波器去除混频后信号中的高频成分，保留有用的低频信号，为后续的信号处理提供纯净的输入信号。 ##### 3. 数据采集与显示 - **数据采集**：STM32内部的ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）负责采集经过滤波后的信号，并将其转换为数字信号供后续处理。 - **结果显示**：所有的频率特性数据最终会在彩色显示屏上显示出来，包括幅频特性和相频特性等关键参数。 #### 三、总结 该论文详细介绍了基于FPGA和STM32的简易频率特性测试仪的设计思路与实现方法，重点展示了正交扫频信号源的三种设计方案，并对比分析了各自的优缺点。其中，基于FPGA的方案因其高度的灵活性和精确性脱颖而出，成为最终的选择。此外，文中还提到了混频、滤波以及数据采集与显示等关键技术环节的具体实现方式。整体来看，这款简易频率特性测试仪不仅很好地满足了题目要求，还在某些方面有所超越，是一款非常实用且具有较高技术含量的产品。