一種基于FPGA和單片機(jī)的掃頻儀研究與設(shè)計(jì)

　　2 系統(tǒng)功能部分設(shè)計(jì)

　　2．1 掃頻信號(hào)的產(chǎn)生

　　直接數(shù)字合成(DDFS)信號(hào)源。它是一種完全數(shù)字化的方法：先將一個(gè)周期的正弦波(或者其他波形)的離散樣點(diǎn)幅值的數(shù)字量預(yù)先存儲(chǔ)于ROM或者RAM中，按一定的地址增量間隔讀出，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后成為不同頻率的模擬正弦波信號(hào)波形，再經(jīng)低通濾掉毛刺即可得到所需頻率的輸入信號(hào)。按此原理，DDS可以合成任意波形，且可以精確控制相位，頻率也非常穩(wěn)定。利用FPGA制作起來(lái)相當(dāng)容易，且掃頻步進(jìn)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。設(shè)FPGA內(nèi)部的參考頻率源的頻率為fclk，采用計(jì)數(shù)容量為2N的相位累加器(N為相位累加器的位數(shù))，頻率控制字為M，則DDS系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率fout=fclk／2N×M。頻率分辨率為：△f=fclk／2N。

　　若選取晶振頻率為40 MHz，頻率控制字為24位，相位累加器的位數(shù)為31位，則輸出頻率范圍為0．02 Hz～312 kHz，步進(jìn)頻率為40 MHz／231≈0．02 Hz。

　　系統(tǒng)采用高速14-bit電流輸出型D／A轉(zhuǎn)換器DAC904制作DDS掃頻信號(hào)源。通過(guò)FPGA給其20 MHz的時(shí)鐘信號(hào)以輸出10 Hz～100 kHz的掃頻信號(hào)。該器件制作成的PCB板中，很好地考慮了接地，使得輸出信號(hào)在頻率為1 MHz可以達(dá)到無(wú)明顯失真。DAC904采用內(nèi)部基準(zhǔn)和雙極性接法，輸出信號(hào)幅值范圍為0～5 V。其原理圖如圖2所示。

　　2．2 幅頻特性測(cè)試方案

　　使用集成真有效值轉(zhuǎn)換器AD637先檢測(cè)出信號(hào)每個(gè)頻率點(diǎn)的有效值，再經(jīng)過(guò)A／D采樣將得到的數(shù)據(jù)讀到單片機(jī)中進(jìn)行處理即可。該器件外接電路簡(jiǎn)單，工作頻帶很寬，與A／D轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，可以對(duì)任何復(fù)雜波形的有效值、平均值、均方值、絕對(duì)值進(jìn)行采樣，測(cè)量誤差小于±(0.2％讀數(shù)+0．5 mV)，可以達(dá)到很高的測(cè)量精度。