发布时间 : 星期二 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） 3 系统各个模块的设计
（5） 功耗低。在存储器中，嵌入式系统中的软件一般都是以固体形式存在，而不是用磁盘来存储信息。由于它耗电非常之少，那么在很多移动设备中都可以看到它的身影。如船舶啊，航空飞机啊，还有一些相机；
（6） 体积小。在嵌入式系统芯片里面，一般只有一个1MB大小左右的存储器。而它通常没有外存，和一个容量非常小的电池，以及各种各样的外接设备。因此我们需要的是一个拥有超小规模的嵌入式操作系统，而与此同时它也能实现我们所需的各种功能，这样才符合人们的心理预期。
这个设计重点分析了频率特性测试仪的特性，最终得出了一种基于嵌入式技术的频率特性测试仪的设计方案。下面是总体设计：
从工作原理出发，此频率特性测试仪的总体方案包括5个部分：扫频信号源模块，被测电路模块，模拟乘法器，低通滤波器模块，ADC采集数据模块，以及屏幕显示。整个系统的结构图如下图3.1：
图3.1 系统总体结构框图
由图可知，正交扫频信号源产生两路正交正弦信号I路和Q路，其中I路信号
经过被测网络之后分别与I路和Q路的信号用AD835乘法器相乘。接着进入低通滤波器滤除交流部分，然后在ADC中进行模数转换，最终系统提取出数据将之显示在显示屏上，而我们就可以看到信号的幅频特性和相频特性了。
3.2 STM32嵌入式处理器
STM32处理器是由意法半导体 (STMicroelectronics)公司生产。这款处理器的
内核是ARM公司生产的Cortex-M系列。因此专门面向需要那些有较多要求的嵌入式应用。比如需要性能很好的，成本很低的，以及耗电耗能很低的那种。 STM32在性能方面，就可以分成两个系列：STM32F103（增强型）系列和STM32F101（基本型）系列。STM32F103系列拥有72MHz的始终频率，在这一类型领域产品中性能最卓越领先。STM32F101系列拥有36MHz的时钟频率，其性能也非常的好，比一般的16位产品领先非常多，而且绝对是在16位产品中用户的不二选择。STM32F103和STM32F101这两个系列都有闪存，分别是32K到128K。
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SRAM存储的最大信息量和外部设备接口的组合是他们最具特征的不同点。在市场上，STM32在32位产品中的功耗最低，仅仅只有0.5mA/MHz。 STM32的总体结构框图如下图3.2所示：
图3.2 STM32总体结构框图
STM32处理器的一些硬件特征如下：
3.2.1 电源控制器和时钟
? STM32的工作电压是2.0V-3.6V。通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电
源。
? STM32F100xxx有三种很少耗电的模式：（1）睡眠模式（STM32的内核停止运
行，外部设备依然在运行）；（2）停止模式（任何时钟都停止）；（3）待机模式（STM32的电源关闭了）。
? 在STM32运行状态中，我们可以用其他的方式来降低功耗。这两种方式是：
将系统时钟的频率减小、关闭总线上没有使用的时钟。
? 当需要驱动系统时钟（SYSCLK）时，有三种时钟源会被我们使用到：HSI振
荡器时钟、HSE振荡器时钟、PLL时钟。 ? 这三种设备都有这两种二级时钟源：
（1）为了让RTC和独立看门狗运行起来，可以使用一个40kHz的RC。同时，为了让系统重新运行，可以用RTC去让系统从其他模式中醒来。
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（2）为了驱动RTC，选择32.768kHz外部晶体液去使用程序。
为了降低系统的功耗，我们可以将那些没有使用的时钟源关闭，因为它们都具有独立性。
3.2.2 DMA控制器
? 一共有12个可供请求和配 置的独 立通道，其中7个通道在DMA1中，5个
通道在DMA2中。
? 用软件来设置这些通道的功能。而为了用软件来操纵这些通道，将专门的硬 件
DMA请求都和那些通道直接相连。
? 这些请求由于处在同样的模 块上，它们之间有一个优先权。可以用软件来设
置这个优先权，包括四个级数：低、中等、高和很高。而当它们优先权一样时，硬件的请求O就优先去1了。
? 在模拟打包和拆包的过程中，对于相互独立的数据来源与目标数据区的传输宽
度。那么需将目标地址和源按照数 据传输宽度处于同一水平。 ? 可以使用能够产生循环处理的缓冲器管理。
? 形成了一个独立的中断请求。在通道中，这个中断包括3个事件标志：（1） DMA
传输出错；（2） DMA半传输；（3） DMA传输完成。
? 存储器互相可以传递彼此的数据。存储器与外部设备也可以传递彼此的数据。
外设也可以和存储器进行传输。 ? 65535，是其能够最大传输的数据。
3.2.3 ADC模拟数字转换器
? 有两个或者更多的ADC，双重模式。 ? 间断模式。 ? 12位分 辨率。
? 在三种事件下会产生中断：（1） 转换结束；（2）注入转换结束；（3）模拟看
门狗事件发生时。 ? 有连续转换和单次模式。
? 可以自动扫猫，从通道O到通道N。 ? 自动校准。
? 对于供电的要求：2.4V-3.6V。 ? 按照通道不同来编程产生采样间隔。 外触发选项被包括在注 入转换和规 则转换中。
3.3正交扫频信号源的设计实现
本研究将使用AD9854来制作扫频信号源。
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AD9854是一款集成度非常高的电子器件，是用DDS这一先进技术生产出来的，产自美国的AD公司。这一器件可以完成很多功能，比如可以调制相位和频率以及幅度，而且也可以进行IQ正交调制。为了让AD9854产生一个很稳定的正弦信号或者余弦信号来进行通信，并且这个信号的频率相位以及幅度都可以编程调制，那么我们需要输入一个很精确的频率以供参考。
AD9854是用奈奎斯特采样定律来制作DDS技术。其内核的频率分辨率很高，达到了48Bit。同时其拥有一个非常高的SFDR（无杂散动态比）指标，是因为它的17Bit相位截断保证了这一指标。另外，芯片的内部还有一个非常重要的部分，那就是时钟乘法器，而且它是可以通过程序来控制的。有了这个时钟乘法器，我们需要的时钟信号就可以使用低频率的振荡器来实现了。可以将低频率的信号通过乘法器，然后倍频4倍到20倍过后来作为系统的时钟信号。这个时钟乘法器的最大时钟速率是300MHz。
AD9854内部有2个高速DAC，输出信号的频率、幅度和相位都可以独立调节,只要使相位寄存器中预置值相差90,则2路输出信号相位差为90，正交信号便产生,这样信号源可为正交调制提供载波,这就是产生正交信号的本质[9]。 本次研究使用的AD9854如下图3.3所示：
图3.3 AD9854集成电路板
AD9854的原理图如下图所示：
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