一種基于FPGA和單片機的掃頻儀設(shè)計與實現(xiàn)

　　2．3 相頻特性測試方案

　　采用計數(shù)法實現(xiàn)相位的測量。計數(shù)法的思想是將相位量轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖量，然后對數(shù)字脈沖進行測量而得到相位差。對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字脈沖量進行異或運算，產(chǎn)生脈寬為T0、周期為T的另一路方波，若高頻計數(shù)時鐘脈沖周期為TCP，則在一個周期T的時間內(nèi)的計數(shù)數(shù)值為：

　　式中，φx為相位差的度數(shù)。

　　這種方法應(yīng)用比較廣泛，精度較高，電路形式簡單，適合FPGA實現(xiàn)。

　　實際測量中，當(dāng)兩輸入信號頻率較高且相位差很小時，得到的脈沖很窄，這會造成較大誤差。為了克服上述缺陷，引入等精度測量的思想(如圖3)，采用多周期同步計數(shù)法，利用觸發(fā)器產(chǎn)生一個寬度為被測信號fa整數(shù)倍的閘門信號。利用計數(shù)器1測量出閘門信號內(nèi)通過高頻脈沖fm的個數(shù)N1，利用計數(shù)器2測量出相同時間內(nèi)閘門信號、異或信號、高頻脈沖三者相與后的脈沖數(shù)N2。因此，相位差值為△φ=N2／N1x36 0°。測量相位的同時，在FPGA內(nèi)部引入一D觸發(fā)器，用一路方波信號控制另一路方波，通過觸發(fā)器輸出的高低以判斷信號相位差范圍是大于180°還是小于180°。

　　2．4 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計

　　為了在示波器上顯示曲線，需要通過2個D／A轉(zhuǎn)換器向X、Y軸同步送入掃描信號和數(shù)據(jù)信號。X軸方向的DA轉(zhuǎn)換器輸出掃描信號為O～5 V的鋸齒波信號，而數(shù)據(jù)信號為-5～5 V，反應(yīng)了各個頻率點上的信號幅值和相位，由另一片D／A轉(zhuǎn)換器向Y軸方向輸出。