发布时间 : 星期一 文章20104666 - 杨超 - 基于嵌入式系统的频率特性测试仪的研究 - 图文更新完毕开始阅读5f069a4a964bcf84b9d57b98
重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录
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中文摘要 .................................................................................................... Ⅰ ABSTRACT ............................................................................................... Ⅱ 1 绪 论 ...................................................................................................... 1 1.1 课题的背景 ............................................................................................. 1 1.2 嵌入式频率特性测试仪的国内外发展现状 ..................................................... 1 1.3 课题的目的和任务 .................................................................................... 3 1.3.1 课题的目的 ....................................................................................... 3 1.3.2 课题的任务 ....................................................................................... 3 1.4 本文主要工作内容和论文结构 .................................................................... 3 1.4.1 本文的主要工作内容 ........................................................................... 3 1.4.2 论文结构 .......................................................................................... 3 2 系统原理概述 ........................................................................................ 5 2.1频率特性的两种测试方法 .......................................................................... 5 2.1.1 扫频测试法 ....................................................................................... 5 2.1.2 冲激响应测试法 ................................................................................. 6 2.1.3 两种测试方法的比较 ........................................................................... 7 2.2 零中频正交解调原理 ............................................................................... 8 3 系统各个模块的设计 ........................................................................... 10 3.1 嵌入式频率特性测试仪的总体概述 ............................................................ 10 3.2 STM32嵌入式处理器 .............................................................................. 11 3.2.1 电源控制器和时钟 ............................................................................. 12 3.2.2 DMA控制器 ..................................................................................... 13 3.2.3 ADC模拟数字转换器 .......................................................................... 13 3.3 正交扫频信号源的设计实现 ..................................................................... 13 3.4 乘法器的实现 ....................................................................................... 15 3.5 被测网络 ............................................................................................. 16 3.6 低通滤波器 .......................................................................................... 18 3.7 ADC模数转换器 .................................................................................... 18 4 软件设计 ............................................................................................... 20 4.1 软件主要实现的功能 .............................................................................. 20 4.2 程序的主流程图 .................................................................................... 20
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5 测试结果和结论 ................................................................................... 22 5.1 测试结果 ............................................................................................. 22 5.2 结论 ................................................................................................... 24 6 总结陈述和展望 ................................................................................... 26 6.1 总结陈述 ............................................................................................. 26 6.2 展望 ................................................................................................... 27 致谢 ........................................................................................................... 28
参考文献 ................................................................................................... 29
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重庆大学本科学生毕业设计（论文） 1 绪论
1 绪论
1.1课题的背景
频率特性测试仪也叫扫频仪，用频率为变量来描述系统特性的这种图示方法叫
频率特性。一般用来分析叫“灰箱”和“黑箱”的电路系统，例如我们可以通过两种特性（传输特性和反射特性）来描述双端口网络系统。如果只是想要得到低频电路系统的传输特性，我们可以用传递函数H(S)来描述[1]。
以前的频率特性测试仪比较落后，大多是逐点测量完成的，而且改变频率也必须是人为去改变。之后就用这个方法来专门设计了频率特性测试仪来用于频率特性的测量。
在平时的测量中，我们时常会遇到一些棘手的问题。例如系统网络阻抗特性和传输特性这些问题。增益和幅频特性、衰减特性、相频特性等是包括在传输特性中的。
之前我们使用的传统仪器，如BT-4大都是由振荡器组成的，而这些振荡器含有很多不同的电子元器件。它也用比较过时的示波器来显示，从而导致了这个仪器体积大、精度不高、稳定度差、抗干扰能力不强、使用不易、价格昂贵，而且不能显示我们需要的相频特性，也不能保存和打印频率特性图，对于我们用户使用起来会非常的不方便[2] 。
随着社会的发展，以及电子技术的飞速发展，一大批新型的数字化扫频仪涌现在市面上，它们中有的性能很好，有的技术指标非常高。将频率特性测试仪改善一些，并且采用数字量来控制扫频源，而分立元件的不足则通过数字化信号源来弥补了，也将测量部分用数字化进行了改进。为了提高测量的精度，则采用了单片机进行运算和控制。
现在的各种仪器都有朝着更智能、更高端、更方便的方向发展的趋势，而频率测试仪作为一种经常被使用并且很重要的测量仪器，它的发展也是非常迅猛的。随着DDS（直接数字频率合成）技术的越来越成熟，让频率测试仪实现数字化成为可能。
1.2嵌入式频率特性测试仪的国内外研究现状
当二十世纪三十年代末研究出了第一台频率特性测试仪之后，在科学技术很发
达的国家里，巨量的人力物力被投入到频率特性测试仪的理论和应用技术的研究中。为了让频率特性测试仪的技术指标大大提高，人们将集成电路技术、A/D转换、频率综合技术、还有微处理器的技术全部都应用到频率特性测试仪的设计中
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去，使得操作更方便、功能更完善。
二十世纪八十年代初期，国外的扫频分析技术初期时就取得了很大的突破。美国的HP、NI公司就投入到将测试技术和计算机技术相结合的研究中，并在这个领域取得了长足的进步，主要是体现在功能多样化、使用方便灵活和体积小等几个方面。
国外在嵌入式系统方面的频率仪已经很成熟了，在其运行平台和编程软件都已经变化很大了。从最开始用汇编语言对单片机编程到现在在嵌入式系统上使用高级文本编程语言和图形化编程语言。
国外生产的频率特性测试仪存储容量很大，元器件已经高度集成化，为了使得它可以适应各种各样恶劣的环境，给仪器用上了防水和防撞功能封闭式的外壳。同时机器的重量也得到了大幅度降低，使得携带和使用更加方便。
用来对精密元器件的测量，同时具备着非常高的测量精度和测量速度的特性的仪器是由美国agilent（安捷伦）公司精心研制的一款仪器，叫做E8801A矢量系统分析仪。这个仪器是一种拥有很高测量精度的仪器，E8801A设置了很多功能来供使用者随意选择。它拥有着35us/点的扫频速度和300KHz--3GHz频率范围的仪器，同时其附带着一个USB接口和内部装有一个硬盘驱动。除此之外，它更为强大的功能是拥有16个测量试端，并拥有独立性。
现金当下技术先进的数字化频率合成技术（DDS）被用在了DS7710A/B系统分析仪中，其精度达到一个很高的水准，并且具有10Hz的高分辨率，而且价格很便宜。这款仪器是德力DEVISER公司研发的。DS7710A/B内部使用了Pentium 处理器，并将数字化应用到了仪器的显示与控制中[3]。此仪器的性能非常的不错，在CATV领域、电子元器件的研发制造领域都大量使用了这款仪器，广大用户对这款仪器的评价非常高。这款仪器拥有300KHz-1300MHz频率范围，和100Hz频率分辨率。
我们国家在二十世纪七十年代后频率测试技术迅速的发展，同时也开始在一些重大科技领域取得突破性的进展。但是我们国家的理论技术和应用实际比较少，而且起步太晚又低，所以总的来说和国外相比仍然非常的落后。我国的扫频技术还很不完善，存在着一系列的问题，比如体积大、功耗高、运算速度低、性价比低、功能非常简单等等，还有对数据的分析和处理很繁琐，给人们造成了很多不方便的地方。
近年来，我国也涌现了一些做扫频仪的公司。比如HT-1252这一系列扫频仪，在民用雷达、公共天线、有线电视的放大器、发射接收仪器的扫频测试这些领域都能看到这款扫频仪的身影，它是由中国北京恒泰科贸有限公司研发的。通过这个仪器的显示屏，可以让我们能更方便轻松地观察测量结果，从而对结果进行一
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