開題報(bào)告智能掃頻儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)：0805054106學(xué) 院、系：信息與通信工程學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 題 目：智能掃頻儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)教師: 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一、本課題的研究背景及其意義在現(xiàn)代電子測(cè)量中，經(jīng)常遇到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)阻抗特性及傳輸特性的測(cè)量問(wèn)題，其中傳輸特性包括增益和衰減特性、幅頻特性、相頻特性等1。頻率特征測(cè)性儀就是用來(lái)測(cè)量前述特性的儀器，簡(jiǎn)稱掃頻儀。它在現(xiàn)代電子測(cè)量中占據(jù)著重要的地位，為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的的調(diào)整，校準(zhǔn)以及故障的排除提供了極大的方便.我們使用的傳統(tǒng)儀器如BT-4 型掃頻儀大多是采用不同的電子元器件構(gòu)成振蕩器，顯示部分也是用比較過(guò)時(shí)的示波器，這種儀器體積大、穩(wěn)定度差、精度不高、不易使用、價(jià)格高，而且不能顯示相頻特征，更不能對(duì)頻率特性圖進(jìn)行保存和打印，不便于用戶實(shí)際使用2。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，目前市面了也出現(xiàn)了很多新型數(shù)字化掃頻儀，有的性能非常好，技術(shù)指標(biāo)也非常高。本課題要研制的是一種簡(jiǎn)易的智能化掃頻儀，根據(jù)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(jì)方案。二、國(guó)內(nèi)外掃頻儀的研究現(xiàn)狀及分析過(guò)去，幅頻特性的測(cè)量是用點(diǎn)頻測(cè)量法進(jìn)行的，通過(guò)開關(guān)及旋鈕用手工的方法逐點(diǎn)測(cè)量，不僅效率低，而且精度不高，后改用掃頻的方法進(jìn)行測(cè)量。早期的掃頻技術(shù)采用改變腔體結(jié)構(gòu)從而改變LC回路電容來(lái)完成掃頻信號(hào)源的產(chǎn)生，這種方法由于有可動(dòng)部件而存在可靠性不高的問(wèn)題3。氣候發(fā)展看YIG小球振蕩及變?nèi)荻O管等技術(shù)，不僅可靠性提高，而且頻率穩(wěn)定性以及精度都大大提高。目前國(guó)內(nèi)外有許多生產(chǎn)掃頻儀的廠家，他們的產(chǎn)品多種多樣。美國(guó)安捷倫（agilent）公司研制的E8801A 矢量系統(tǒng)分析儀是一種高精度的儀器，它主要應(yīng)用于對(duì)精密元器件的測(cè)量。這款儀器對(duì)速度和精度有非常高的要求。E8801A設(shè)置了多種功能，用戶可以根據(jù)需要自由選擇。它還具有很強(qiáng)的自測(cè)性能和自助工具，可以滿足研發(fā)以及生產(chǎn)制造的要求。這款儀器有16 個(gè)單獨(dú)的測(cè)試端，儀器內(nèi)嵌有硬盤驅(qū)動(dòng)器，還有一個(gè)鼠標(biāo)接口。它的頻率范圍300KHz3GHz,掃頻速度為35 us /點(diǎn)4。德國(guó)研制的多功能系統(tǒng)檢測(cè)儀200，主要應(yīng)用在一些線纜的測(cè)試上，如雙絞線及同軸線，它的自動(dòng)測(cè)試性能非常好，在短短25 秒內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量，用戶能夠根據(jù)自己的需要選擇不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和電纜類型，測(cè)量頻率可達(dá)200MHZ。它的內(nèi)存很大，能夠存儲(chǔ)500 個(gè)測(cè)量值5。這款儀器還有一個(gè)時(shí)域反射儀（TDR），能夠測(cè)試線路的多種故障，檢測(cè)各種連接錯(cuò)誤并且能夠分辨電纜。德力DEVISER 研發(fā)制造的DS7710A/B 系統(tǒng)分析儀運(yùn)用當(dāng)前比較前沿的DDS 數(shù)字化頻率合成技術(shù)，精度非常高，具有10Hz 的高分辨率，而且價(jià)格便宜。它內(nèi)部使用PentiumCPU，控制與顯示都是全數(shù)字化的6。這款儀器的性能、技術(shù)指標(biāo)都非常高，目前主要用于CATV 及電子元器件的研發(fā)制造領(lǐng)域，得到了廣大用戶的認(rèn)可。 它的頻率范圍：300KHz1300MHz，頻率分辨率：100Hz。北京恒泰科貿(mào)有限公司研發(fā)的HT-1252 系列頻率特性測(cè)試儀多數(shù)用于雷達(dá)、廣播和電視、共用天線、有線電視放大器、發(fā)射接收儀器的掃頻動(dòng)態(tài)測(cè)試6。這款儀器有一個(gè)大屏幕，界面非常清楚，方便用戶觀察并分析測(cè)量結(jié)果。其HT-1252-I 頻率特征測(cè)試儀，頻率測(cè)試范圍：5MHz1GHz，2 GHz2.8 GHz。三、 相關(guān)理論綜訴目前一般的掃頻儀根據(jù)測(cè)頻范圍可分為低頻掃頻儀和高頻掃頻儀。采用掃頻測(cè)量法測(cè)量幅頻特性，其基本思想是用頻率連續(xù)變化的信號(hào)加載北側(cè)網(wǎng)絡(luò)輸入端，在輸出端用檢波等方法取得其幅頻特性，并將其送入顯示放大單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示7，從而在顯示屏幕上觀察期幅頻特性曲線，由此可見(jiàn)，掃頻儀信號(hào)源的質(zhì)量以及顯示通道的處理能力是掃頻儀的兩個(gè)重要方面，同時(shí)，掃頻儀操作上是否簡(jiǎn)便以及人機(jī)界面是否友好8，也是衡量掃頻儀的重要因素。掃頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生測(cè)試用的掃頻信號(hào)，它是掃頻儀系統(tǒng)的核心9。傳統(tǒng)的掃頻信號(hào)發(fā)生器是利用電子元器件以各種不同的形式構(gòu)成振蕩器，其頻率精度和穩(wěn)定度都不高，而且工藝復(fù)雜，分辨率低。頻率合成技術(shù)在電子設(shè)計(jì)中占有重要的地位。它的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。首先被實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)是直接頻率合成技術(shù)。直接頻率合成技術(shù)具備許多優(yōu)點(diǎn)，如頻率范圍寬、轉(zhuǎn)換時(shí)間短，但是其硬件結(jié)構(gòu)太復(fù)雜、設(shè)備龐大、成本高，而且難以采取有效措施抑制其輸出的諧波、噪聲以及寄生頻率10。隨后進(jìn)入應(yīng)用的是鎖相頻率合成技術(shù)14。數(shù)字化鎖相頻率合成技術(shù)的形成是以數(shù)字化可編程分頻器、數(shù)字化鑒相器等鎖相環(huán)路部件的出現(xiàn)及它在鎖相頻率合成技術(shù)中的應(yīng)用為標(biāo)志的11。在不斷借鑒和使用一些數(shù)字化技術(shù)產(chǎn)品如吞脈沖計(jì)數(shù)器、多模分頻器、小數(shù)分頻器的基礎(chǔ)上，數(shù)字化鎖相頻率合成技術(shù)慢慢走向了成熟12。鎖相頻率合成技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是頻率范圍大，但它的劣勢(shì)如頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，難以達(dá)到很小的頻率間隔等使它難以被廣泛應(yīng)用16。直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)帶來(lái)了頻率合成的第二次革命。直接數(shù)字頻率合成器（DDFS）具備許多優(yōu)點(diǎn)，頻率分辨率高、相對(duì)帶寬寬、頻率變換速度快、輸出相位連續(xù)、可編程和全數(shù)字化便于集成等18，這些使它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用在電信與電子儀器領(lǐng)域19。DDS 技術(shù)的一些優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，因此它是目前設(shè)計(jì)掃頻信號(hào)發(fā)生器最理想的一種方案。我們提出了一種基于DDS技術(shù)掃頻儀的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)掃頻儀工作原理，利用單片機(jī)控制DDS產(chǎn)生掃頻信號(hào)，通過(guò)檢波模塊測(cè)得峰值，并將其送入濾波放大模塊，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理從而在液晶模塊顯示。參考文獻(xiàn)：1 王守中，聶元銘 .51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例.北京.人民郵電出版社，2009.13912 馬濤，李訓(xùn)濤，張明.51系列片上系統(tǒng).北京.國(guó)防工業(yè)出版社，2009.2333 華北工學(xué)院電子工程系.單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.太原.華北工學(xué)院電子工程系,2002.1214 王曉元.掃頻儀的原理及維修.北京.人民郵電出版社，1980.10915 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京.中國(guó)時(shí)代經(jīng)濟(jì)出版社，2008.1002006 邱關(guān)源.電路.北京.高等教育出版社,2006.1004007 Paul Scherz .實(shí)用電子元器件與電路基礎(chǔ) . 北京. 電子工業(yè)出版社 ,2009.1008 Ziemer,R.E.信號(hào)與系統(tǒng).北京.電子工業(yè)出版社,2005.4329 吳大正.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析.北京.高等教育出版社,2008.23034110 周立偉.目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別.北京.北京理工大學(xué)出版社,2008.3612011 尼曼.電子電路分析與設(shè)計(jì).北京.清華大學(xué)出版社，2007.30045912 張疇先.模擬電子線路.西安.西工大,2003.239513 廖爽.模擬電路.北京.電子工業(yè)出版社,2006.12015014 鄭君里等.信號(hào)與系統(tǒng)引論.北京.高等教育出版社.2009.36147215 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Synthesize，也就是直接數(shù)字頻率合成。微電子技術(shù)的發(fā)展使直接數(shù)字頻率合成技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。DDS是一種全數(shù)字化的頻率合成器，主要由頻率控制寄存器、正弦計(jì)算器、相位累加器和參考時(shí)鐘等幾個(gè)模塊組成。AD9859 是在2004 年面世的一款高集成度的芯片。它的工作速度高達(dá)400MSPS，并且內(nèi)部含有一個(gè)10 位的DAC。AD9859 采用先進(jìn)的DDS 技術(shù)，加上它內(nèi)部集成了一個(gè)性能非常好的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能夠產(chǎn)生模擬的、可變頻率的正弦波，并且可產(chǎn)生的最高頻率達(dá)200MHZ14，它的技術(shù)指標(biāo)能夠完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。AD9859 具有頻率范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)越，價(jià)格便宜，而且它的數(shù)據(jù)傳輸可以使用串行模式，節(jié)省了I/O口資源，因此采用AD9859 來(lái)設(shè)計(jì)掃頻信號(hào)源。2.2增益控制電路增益控制電路一方面控制掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)是等幅的，另一方面是為了滿足增益和相位檢測(cè)電路對(duì)于功率的要求，保證系統(tǒng)能夠有效檢測(cè)出結(jié)果。2.3增益和相位檢測(cè)電路增益和相位檢測(cè)電路是為了檢測(cè)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)兩端的幅度比和相位差，再由A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化，最后由控制和數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理。2.4控制及數(shù)據(jù)處理單元控制及數(shù)據(jù)處理單元主要實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和人機(jī)交互三個(gè)主要功能，使用89C51 來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。2.5人機(jī)接口電路部分人機(jī)接口電路部分主要分為鍵盤輸入和液晶顯示，負(fù)責(zé)顯示歡迎畫面，系統(tǒng)需要輸入的參數(shù)及測(cè)