频率特性测量仪
实验四 系统频率特性测量
实验四系统频率特性测量一、实验目的1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。
二、实验设备1、D1CE-AT-∏型自动控制系统实验箱一台2、带串口计算机一台3、RS232串口线三、实验原理及电路1、被测系统的方块图及原理:系统(或环节)的频率特性G(jω)是一个复变量，可以表示成以角频率3为参数的幅值和相角:G(M=IG(%)I∕G(网本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。
图4-1所示系统的开环频率特性为:B(jω)B(ιω)B(jω)G3)GR3)H(j3)=叼舟I/追采用对数幅频特牲和相频特性表示，则式(4-2)表示为:(4—1) (4-2)图4-1被测系统方块图2。
IgGG3)G∕)Hg)H。
啕需I=2(Hg1BG3-2(Hg1EG3)I (4—3) C⅛Gω)G<jω)HGω)=/*线=∕BQω)-EGω)(4-4)E(j3)将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输人端Et)］,然后分别测量相应的反馈信号［b⑴］和误差信号［e(t)］的对数幅值和相位。
频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。
根据式(4—3)和式(4—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。
所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于一900(q—p)［式中P和q分别表示传递函数分子和分母的阶次］，那么，频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。
频率特性测试仪的设计
频率特性测试仪的设计1引言频率特性是一个网络性能最直观的反映。
频率特性测试仪用于测量网络的幅频特性和相频特性，是根据扫频法的测量原理设计，是一种快速、简便、实时、动态、多参数、直观的测量仪器，可广泛应用于电子工程等领域。
由于模拟式扫频仪价格昂贵，不能直接得到相频特性，更不能打印网络的频率响应曲线，给使用带来诸多不便。
为此，设计了低频段数字式频率特性测试仪。
该测试仪采用数字直接频率合成技术专用的集成电路AD9851产生扫频信号，以单片机和FPGA为控制核心,通过A/D和D/A转换器等接口电路，实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显等。
该系统成本低廉，扫频范围较宽(10 Hz〜1MHz), 可方便地与打印机连接，实现频率特性曲线的打印。
2多功能计数器设计方案2.1幅频和相频特性测量方案方案1：利用公式H(s)=R(s)/E(s),以冲击函数为激励，则输出信号的拉氏变换与系统函数相等。
但是产生性能很好的冲击函数比较困难，需要对采集的数据做FFT变换，需要占用大量的硬件和软件资源，且精度也受到限制。
方案2：扫频测试法。
当系统在正弦信号的激励下，稳态时，响应信号与输入激励信号频率相同，其幅值比即为该频率的幅频响应值，而两者的相位差即为相频特性值。
采用频率逐点步进的测试方法。
无需对信号进行时域与频域的变换计算，通过对模拟量的测量与计算完成，且精度较高。
综上所述，选择方案2。
2.2扫描信号产生方案方案1：采用单片函数发生器。
其频率可由外围电路控制。
产生的信号频率稳定度低，抗干扰能力差，灵活性差。
方案2：采用数字锁相环频率合成技术。
但锁相环本身是一个惰性环节，频率转换时间长，整个测试仪的反应速度就会很慢,而且带宽不高。
方案3：采用数字直接频率合成技术(DDFS)。
以单片机和FPGA为控制核心，通过相位累加器的输出寻址波形存储器中的数据，以产生固定频率的正弦信号。
该方案实现简单，频率稳定，抗干扰能力强。
频率特性测试仪工作原理
频率特性测试仪工作原理1、扫频仪工作原理扫频仪实质上是扫频信号源与示波器X-Y方式的结合。
其组成框图及工作波形如图1所示。
图1 扫频仪组成框图及工作波形扫频信号源，即频率受控振荡器，在扫描信号u1掌握下产生扫频信号u3。
扫描信号源产生的扫描信号u1、扫频起停掌握信号u2分别是扫频信号源的频率掌握信号及停振掌握信号，u1还是示波器的水平扫描信号。
当扫频信号u3为锯齿波电压时，由于正程扫描速度慢，回程扫描速度快，使得扫描正程、扫描回程得到的波形不重合而无法观测，当扫频信号u3为正弦波电压号，u3在扫描回程时停振，使显示出的波形为被测波形和用作水平轴的水平回扫线的组合。
检波探头用于解调出经过被测电路的扫频信号的振幅（包络）变化状况，得到被测电路的幅频特性曲线。
频标形成电路用于产生进行频率标度的频标信号，以便读出各点对应的频率值。
2、产生扫频信号的方法产生扫频信号的方法许多，比较常用的是变容二极管扫频。
图2为变容二极管扫频振荡器原理图，其中VT1组成电容三点式振荡器，变容二极管VD1、VD2与L1、L2及VT1的结电容组成振荡回路，C1为隔直电容，L3为高频扼流圈。
调制信号经L3同时加至变容管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生扫频信号。
图 2 变容二极管扫频振荡器原理图变容二极管变容二极管：又称“可变电抗二极管”。
是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依靠关系及原理制成的二极管。
所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采纳外延工艺技术。
反偏电压愈大，则结电容愈小。
主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。
扫频仪
测量方法
• 点频法：输入不同频率的等幅波， 点频法：输入不同频率的等幅波， 用电压表测出一系列放大倍数K， 用电压表测出一系列放大倍数 ，描绘出 K～f曲线。麻烦、工作量大、误差大。 曲线。 ～ 曲线 麻烦、工作量大、误差大。 • 扫频法：首先需要扫频信号 (幅度 扫频法：首先需要扫频信号u 幅度 恒定，频率随某种规律连续变化) 恒定，频率随某种规律连续变化 然后用带 检波头的示波器测出输出电压。 检波头的示波器测出输出电压。
2. 传输线特性阻抗的测量
调节可变电阻RP直至显示波形为一平坦直 调节可变电阻 直至显示波形为一平坦直 线，此时RP的电阻值即为传输线的特性阻 此时 的电阻值即为传输线的特性阻 抗。
扫频输出 被测传输线 Y轴输入 RP
图5.12 测量传输线特性阻抗的连接示意图
使用注意事项
①扫频仪与被测电路连接时，必须考虑阻抗 扫频仪与被测电路连接时， 匹配问题． 匹配问题． ②在显示幅频特性曲线时，如发现图形有异 在显示幅频特性曲线时， 常曲折，则表明被测电路有寄生振荡， 常曲折，则表明被测电路有寄生振荡，这时应 先采取措施来消除自激，如降低放大器增益， 先采取措施来消除自激，如降低放大器增益， 改善接地线 ③测试时，输出电缆和检波头的地线要尽量 测试时， 短，切忌在检波头上加长导线
• 扫频仪的分类 1） 按用途划分 扫频仪可分为通用扫频仪、专用扫频仪、 宽带扫频仪、阻抗图示仪、 微波综合测 量仪 2） 按频率划分 扫频仪可分为低频扫频仪、高频扫频仪、 电视扫频仪等。
二、扫频仪工作原理
对扫频信号发生器的基本要求是： （1） 中心频率范围大且可以连续调节。 （2） 扫频宽度要宽且可任意调节，常用 频偏进行描述。 （3） 寄生调幅要小。 （4） 扫描线性度好。
BT-3G型频率特性检验仪为卧式便携通常扫频仪
一、概述：BT-3GⅢ型频率特性测试仪为卧式便携通用扫频仪，它利用矩形内刻度示波管作为显示器，直接显示被测设备的频率特性曲线。
应用该仪器快速测量或调整甚高频段的各种有源无源网络的幅频特性和驻波特性，特别适用于广大科研院校、军工、企业、广播电视等单位，用作教学、科研和生产。
该仪器是对BT-3GⅡ扫频仪的改进，除保持原有的性能指标外，增加了“全扫、窄扫、点频”等功能，实现了全景扫频，特别适用于宽带测试要求，也可进行窄带扫频，可点频输出作为信号源之用，使用更加方便，仪器结构排列紧凑、合理、便于维修，功耗低、外形美观，面板为彩色印刷，功能分区。
二、技术参数1、扫频范围：1～300MHz/1～450MHz/1～650MHz2、扫频宽度：全扫：1～300MHz中心频率150MHz窄扫：最大频偏≥100MHz，最小频偏≤1MHz、1～300MHz连续可调。
点频：1～300MHz连续可调，输出正弦波。
3、扫频非线性：不大于1：1.24、输出电压：0.5V（3.33mW）±10%。
5、输出平坦度：1～300MHz范围内，0dB衰减时全频段优于±0.25dB。
6、输出衰减器：0～70dB，1dB步进。
7、输出阻抗：75Ω8、频率标记：50MHz、10MHz、1MHz复合及外接三种，外接频标灵敏度优于300mV。
9、显示部分垂直灵敏度：优于10mVp-p/Cm.10．显示部分输入阻抗：470KΩ。
11．显示屏幕有效尺寸：100×8㎜2（内刻度）。
12．仪器消耗功率：不大于40VA。
13．仪器使用电源：AC220V±10% 50Hz±2Hz114．仪器外形尺寸：320×130×380mm重量：8Kg。
15．仪器使用环境：按GB6587.1中Ⅱ仪器规定使用，极限温度为―10℃～50℃相对湿度80%RH。
±15150V1500V1、电源部分由电源变压器次级取出的各路交流电压，低压经整流稳压产生±15V，＋24V电压供控制部分扫频、频标单元，Y通道使用。
频率特性测试仪的使用
频率特性测试仪的使用一,实验目的1,了解频率特性测试仪的工作原理和结构;2,了解调谐放大器的幅频特性;3,掌握正确设置频率特性测试仪的各项参数;4,掌握频率特性测试仪的实际操作和应用方法;二,实验设备及器材1,频率特性测试仪(以BT3系列为例) 1台2,电缆探头 1套3,隔直电容(510pF),隔离电阻各1只4,电源及附属设备 1套5,被测网络(中频放大器) 1套6,连接线若干三,实验原理(说明)1,频率特性测试仪的工作原理频率特性测试仪(简称扫频仪),主要用于测量网络的幅频特性.它是根据扫频法的测量原理设计而成的.简单地说,就是将扫频信号源和示波器的X-Y显示功能结合在一起,用示波管直接显示被测二端网络的频率特性曲线,是描绘网络传递函数的仪器.这是一种快速,简便,实时,动态,多参数,直观的测量仪器,广泛地应用于电子工程等领域.例如,无线电路,有线网络等系统的测试,调整都离不开频率特性测试仪.频率特性测试仪主要由扫频信号发生器,频标电路以及示波器等组成,其组成框图如图6-4中的虚线框内所示.检波探头(扫频仪附件)是扫频仪外部的一个电路部件,用于直接探测被测网络的输出电压,它与示波器的衰减探头外形相似(体积稍大),但电路结构和作用不同,内藏晶体二级管,起包络检波作用.由此可见,扫频仪有一个输出端口和一个输入端口:输出端口输出等幅扫频信号,作为被测网络的输入测试信号;输入端口接收被测网络经检波后的输出信号.可见,在测试时频率特性测试仪与被测网络构成了闭合回路.扫频信号发生器是组成频率特性测试仪的关键部分,它主要由扫描电路,扫频振荡器,稳幅电路和输出衰减器构成.它具有一般正弦信号发生器的工作特性,输出信号的幅度和频率均可调节.此外它还具有扫频工作特性,其扫频范围(即频偏宽度)也可以调节.测量时要求扫频信号的寄生调幅尽可能小.2,频率特性测试仪的应用(1)检查示波器部分检查项目有辉度,聚焦,垂直位移和水平宽度等.首先接通电源,预热几分钟,调节"辉度,聚焦,Y轴位移",使屏幕上显示度适中,细而清晰,可上下移动的扫描基线. (2)扫频频偏的检查:调整频偏旋钮,使最小频偏为±0.5MHz,最大频偏为±7.5MHz.(3)输出扫频信号频率范围的检查:将输出探头与输入探头对接,每一频段都应在屏幕上显示一矩形方框.频率范围一般分三档:0～75MHz,75～50MHz,150～300MHZ,用波段开关切换.(4)检查内,外频标检查内频标时,将"频标选择"开关置"1MHZ"或"10MHZ"内频标,在扫描基线上可出现1MHZ或10MHZ的菱形频标,调节"频标幅度"旋钮,菱形频标幅度发生变化,使用时频标幅度应适中,调节"频偏"旋钮,可改变各频标间的相对位置.若由外频标插孔送入标准频率信号,在示波器上应显示出该频率的频标.(5)零频标的识别方法频标选择放在"外接"位置,"中心频率"旋钮旋至起始位置,适当旋转时,在扫描基线上会出现一只频标,这就是零频标.零频标比较特别,将"频标幅度"旋钮调至最小仍出现.(6)检查扫频信号寄生调幅系数用输出探头和输入探头分别将"扫频信号输出"和"Y轴输入"相连,将"输出衰减"的粗细衰减旋钮均置0Db,选择内频标(如1MHZ),在屏幕上会出现一个以基线为零电平的矩形图形,调整中心频率度盘,扫频信号和频标信号都会移动,调节显示部分各旋钮,使图形便于观测,记下最大值A,最小值B,则扫频信号寄生调幅系数为M=(A-B)/(A+B)×100%要求在整个波段内,m7.5%.(7)检查扫频信号非线性系数"频标选择"开关置于"1MHZ",调节"频率偏移"为7.5MHZ,记下最低,最高频率与中心频率f0的几何距离A,B,则扫频信号非线性系数为γ=(A-B)/(A+B)×100%要求在整个波段内,r20%.(8)"1MHZ"或"10MHZ"频标的识别方法找到零频标后,将波段开关置于"Ι","频标幅度"旋钮调至适当位置,将频标选择放在"1MHZ"位置,则零频标右边的频标依次为1MHZ,2MHZ… ….将频标选择放在"10MHZ"位置,则零频标右边的频标依次为10MHZ,20MHZ… …,两大频标之间频率间隔10MHZ,大频标与小频标之间频率间隔5MHZ.(9)波段起始频标的识别方法"频标幅度"旋钮调至适当位置,频标选择放在"10MHZ","频率偏移"最小.将波段开关置∏,旋转"中心频率"旋钮,使扫描基线右移,移动到不能再移的位置,则屏幕中对应的第一只频标为70MHZ,从左到右依次为80MHZ, ……,150MHZ.将波段开关置Ш,则屏幕中对应的第一只频标为140MHZ,识别频标方法相同.(10)扫频信号输出的检查:将两个输出衰减均置于0dB.将输出探头与输入检波探头对接(即将两个探头的触针和外皮分别连在一起).这时,在扫频仪的荧光屏上应能看到一个由扫描基线和扫描信号线组成的长方图形.然后调整中心频率刻度盘,随着中心频率的变化,扫描信号线和频标都随着移动.要求在整个频段内的扫描信号线没有明显的起伏和畸变.并检查扫描信号的输出衰减和Y轴增益钮是否起作用.2,频率特性测试仪的使用注意事项(1)测量时,输出电缆和检波探头的接地线诮尽量短,切忌在检波头上加接导线;被测网络要注意屏蔽,否则易引起误差.(2)当被测网络输同端带有直流电位时,Y轴输放应选用AC耦合方式,当被测网络输入端带有直流电位时,应在扫频输出电缆上串接容量较小的隔直电容.(3)正确选择探头和电缆..BT-3测试仪附有四种探头及电缆:①输入探头(检波头):适于被测网络输出信号未经过检波电路时与Y轴输入相连.②输入电缆:适于被测网络输出信号已经过检波电路时与Y轴输入相连.③开路头:适于被测网络输入端为高阻抗时,将扫频信号输出端与被测网络输入相连.④输出探头(匹配头):适于被测网络输入端具有75特性阻抗时,将扫频信号输出端与被测网络输入相连.四,实验预习要求。
简易幅频特性测量仪设计
简易幅频特性测量仪一. 方案论证扫频结果显示计算得到响应的有效值点频结果显示DDS 产生正弦波 量程选择测试点11V RMS 正弦波响应电压信号测试点2本系统由单片机采用DDS 原理输出频率范围在10~1KHz 的正弦波，输出幅度为1V RMS 。
将不同频率的正弦波输入被测网络，通过测量网络输出端的有效值，因为输入有效值为1，故所测有效值等于网络在该频率下的增益，得到网络的幅频响应。
信号源产生：正弦信号是利用DSS 原理，通过DA 进行输出。
只要确定好了采样频率，存储深度以及步长等几个关键指标，便可以精确地进行信号发生，输出幅值与频率都很精确。
需要平滑滤波与放大环节的配合。
信号处理：所测有效值的计算方法如下。
对AD 采集进来的数据，取整倍周期的样本，做均方根处理，再做平均值计算，两者相减，即可得到不含直流分量的正弦信号MCU 被测网络DAC 滤波放大 ADC幅度测量LCD示波器有效值。
可以通过固定频率的点频方法测得特定点的响应，也可也通过频率步进得到一系列点的响应，最终绘得响应曲线。
最终结果通过示波器与液晶共同显示。
点测与扫测：DDS产生正弦波的方案，我们存储一个周期采样点的幅值信息，通过改变步长来达到不同频率输出。
在点频方式下，我们输出指定频率的正弦波，并读取响应电压信号，计算其有效值，即可知道所测网络在特定频率点的增益信息（幅频特性）。
在扫频方式下，由于10Hz步进到1KHz所需时间太长，而且参照我们需要完成的功能，我们加大步进量，以100Hz为步进长度，测出10~1KHz中的十个点，并通过插值等算法计算幅频响应曲线，在示波器上予以输出。
开始初始化显示菜单点测功能扫频功能设定频率采样并计算有效值频率步进采样并计算有效值显示响应有效值示波器显示曲线图 1.2 软件流程发挥部分：发挥部分主要有扫频功能，扩展频率范围，以及可控增益几部分。
扫频功能主要是对基础的点测功能的扩展，应用多次自动步进电测来得到幅频响应曲线。
电子测量与仪器教学课件第7章 频率特性测量及仪器
频域分析则是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系，包括线性系统频率特性的测 量和信号的频谱分析。频率特性测量和频谱分析都是以频率为自变量，以频率分量的信号 值为因变量进行分析的，通常由频率特性测试仪(扫频仪)来完成。其中，频率特性测试仪利 用扫频测量法，可直接在显示屏上显示被测电路的频率响应特性；频谱分析仪则是对信号 本身进行分析和对线性系统非线性失真系数进行测量，从而可以确定信号所含的频率成分， 了解信号的频谱占用情况，以及线性系统的非线性失真特性。
（3）增益测试。将Y衰减置于10挡上（相当于衰减20 dB），调节 粗、细输出衰减使因被测电路接入而变化的曲线高度仍恢复为H， 记下输出衰减总分贝数A2，则该中频放大器的电压增益k为
（4）测量带宽。利用扫频仪上的频标，在幅度左右两边分别对应 与波峰的0.707倍时的上下频率差就是被测网络的幅频特性曲线的 频带宽度。
扫频测量法就是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用显示器 来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续 变化的，因此在屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。
7.2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ频仪
扫频仪是频率特性测试仪的简称，是一种能在荧光屏上直接观测 到各种网络频率特性等曲线的频域测量仪器，由此可以测算出被 测电路的频带宽度、品质因数、电压增益、输出阻抗及传输线特 性阻抗等参数。扫频仪与示波器的主要区别在于前者能够自身提 供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光 屏上。
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频率特性测量仪摘要该频率特性测量仪采用89C52最小系统为控制核心，主要由正弦波发生器、数据采集存储、处理、显示、打印等功能模块组成。
通过键盘控制来实现幅频特性和相频特性的测量，包括参数预置、点测结果的显示与打印，以及用普通示波器单独或同时显示幅频特性曲线和相频特性曲线。
本系统采用可编程器件（CPLD）和DDS技术实现信号发生电路，频率值与步长均能灵活准确地预置。
被测网络采用有源带通双T网络，中心频率及带宽均达到要求：f0=5KHZ 、50Q。
另外，我们还制作了线性稳压电源，扩展了幅频特性曲线和相频特性曲线的打印功能。
设计中，较好地应用了EDA工具，软件设计模块化，总体较好地完成了基本部分和发挥部分的要求。
关键词：DDS，EDA，CPLD，双T网络，有源滤波，鉴相，数据采集一．总体方案论证㈠．总体设计思想本频率特性测试仪的设计思想为：1、尽量做到测试准确，自动化、智能化程度高，操作方便。
2、尽量采用大规模集成电路如可编程逻辑器件等，使系统简洁、调试修改方便，可靠性高。
3、尽量采用现代化设计工具和EDA软件平台，使设计快捷，先进。
㈡．总体设计方案基于以上设计思想，本系统采用单片机和可编程器件（CPLD）作为控制及数据处理的核心，将设计任务分解为正弦信号发生器、被测网络、数据采集与存储、幅频特性测量、相频特性测量、结果显示、打印等功能模块。
图1－１给出该系统的总体框图。
图1－１系统总框图如上图所示正弦波发生器采用DDS直接数字频率合成技术，其逻辑控制部分用可编程器件CPLD实现。
幅度测量采用峰值检波技术，相位测量则利用数字鉴相器实现。
检波电路和鉴相电路输出分别经A/D 采集后由89C52 读进存储在RAM 中，再经分析处理后输出到ＬＥＤ显示电路、波形显示控制电路或控制打印输出电路，以实现频率特性参数和频率特性曲线的显示或打印。
由于使用了89C52 单片机和ＣＰＬＤ器件，使系统具有很大的灵活性，便于实现各种复杂控制，从而能方便地对系统进行功能扩展和性能改进。
二．频率特性测试仪信号源的设计与制作（一）、信号源方案选择产生该系统所需测试信号源的方法有多种：1．采用锁相环(PLL)及可预置分频器实现测试信号的产生,其实现框图如图２－１所示。
图2－１锁相环实现信号发生方框图现有集成PLL的VCO一般都产生方波，而不是正弦波，而且在不改变VCO 电容的情况下，要达到100HZ ～100KHZ 的频率范围有很大困难，所以我们不予采用。
2．利用单片集成波形发生器芯片实现测试信号产生当前常用的单片集成波形发生器有5G ８038、MAX038等，这类集成芯片产生波形的原理是基于多谐振荡器，即恒流源向一定时电容充放电而产生的三角波，然后经过波形变换电路得到正弦波。
只要控制电容充放电电流即可改变振荡频率。
其框图如图２－２所示。
图２－２ 单片集成函数发生器组成的频率合成电路这种方案是改变电容充放电电流来达到改变频率的目的，精度不高，做到10HZ 步进也有许多困难，所以我们也不予采用。
3．采用专用频率合成器件，如：ＡＤ７８３２、Ｑ２３６８和Ｑ２３３４等。
4．利用单片机和可编程器件实现直接数字频率合成(DDS)，采用这种纯数字化的方法，产生信号的频率准确，频率分辨率高，故本设计中我们采用这种方案。
(二)、直接数字频率合成器（DDS ）的设计：1、设计原理本设计利用DDS （Direct Digital Synthesis ）技术实现正弦信号输出发生器的原理框图如图２－３所示。
图２－３ 本设计DDS 原理框图其基本工作原理为：将待产生的正弦波数据存入波形存储器中，CPU 改变相位增量寄存器(PIR)的常数(即步长)，相位累加器的输出将依据PIR 给出的步长来改变波形存储器的地址，从而改变正弦波每周期的点数，以达到改变输出波形频率的目的。
从波形存储器读出的数据送D/A 转换器，并经低通滤波器(滤除波形中的小台阶)，最后得到所需的正弦波信号。
信号发生器输出波形的频率0f 可依据下式计算，即：M k f f Nc⨯=20 （2—1） 式中： c f －晶k －可N －相位累加器位数M －相位增量寄存器常数值(即相位累加器的步长)由式（２—１）可见，我们可以通过改变分频比k 及相位累加器步长M 来控制输出信号的频率。
本设计中取c f =32.768MHZ ，分频比k =50,相位累加位数N =16,则公式(2－１)简化为：Hz M M HZ M k f f N c10506553610768.32260=⨯⨯⨯== (2－２) 这样只要控制M 的值就可以准确地实现频率步进１０ＨＺ的要求。
这里，D/A 转换的时钟频率为 KHz Hz k f f c s 36.6555010768.326=⨯== （2—3） 根据频率计算公式(2－２)，DDS 部分参数设置举例如下：2．可编程器件电路内部设计本模块设计中除CPU ，晶振，D/A 及低通以外的全部电路(如图2—3中虚线内所示)，由一片Altera 公司的可编程器件EPM7128SLC84来实现。
EPM7128SLC 是一种高密度，高性能的CPLD(complex programmable logic device),有128个宏单元，68个I/O 引脚，支持在系统编程(ISP). 其设计仿真工具软件MAX-PLUSII 支持原理图和硬件描述语言(AHDL和VHDL)等设计输入方式，使用十分方便。
EPM7128SLC84内部原理图如下图所示：图２－４ EPM7128SLC84内部原理图其中1为相位增量寄存器，相位增量由8255PA口发出，控制字由8255的PC.0和PC.3发出。
PC.0为低时，寄存器接收低字节；为高时，寄存器接收高字节。
锁存脉冲由PC.3发出。
LPM_ADD_SUB为相位累加器；74273B为数据锁存器；df50为50分频器，设计时采取AHDL硬件描述语言输入：SUBDESIGN DF50( CLK : INPUT;CK50 : OUTPUT;)VARIABLECOUNT[5..0] :DFF;BEGINCOUNT[].CLK=CLK;IF COUNT[]<49 THENCOUNT[]=COUNT[]+1;ELSECOUNT[]=0;END IF ;CK50=COUNT[5];END;3.Ｄ/A转换与低通滤波器的设计Ｄ/A采用８位DAC0800，工作速度为100nS。
低通滤波器采用二阶有源滤波器，其截止频率选为300k。
这是因为信号最高频率为100k，而 DDS的时钟频率为655.36KHZ（据式2-3）。
经过该滤波器后便可滤除655.36KHZ及其谐波分量（即波形中的小台阶），其原理电路如图２－５所示。
图２－５(a) Ｄ／Ａ原理图图２－５(b) 低通滤波器原理图三． 被测网络的设计与制作（－）、被测网络的方案论证1．根据试题指标要求不能采用无源双Ｔ网络* 题目要求，双Ｔ网络带宽为±５０ＨＺ，说明其幅频特性是对称的，所以必须采用对称的双Ｔ网络结构* 中心频率50=f ＫＨＺ，带宽100=∆f ＨＺ，故要求被测网 络的品质因素Q 为5010050000==∆=f f Q 这样高的Q 值用无源双Ｔ网络是不可能做到的。
因为如图３－１ （a ）所示的对称无源双Ｔ网络的传递函数Ｈ（s ）为()22222002202)1(4)1(RC s RC s RC s s Q s s s H +++=+++=ωωω 可见，其Ｑ值仅为0.25。
图(b)给出无源双T 网络的幅频特性。
图(a)无源对称双Ｔ网络 图(b)无源对称双Ｔ网络幅图３－１ 频特性曲线示意图2．为提高Ｑ值，必须采用有源双Ｔ网络滤波器。
有源双Ｔ网络可以是带阻，也可以是带通，根据对题目的理解我们选择了带通。
所以下面仅对带通滤波器的设计与制作加以讨论。
(二）、高Ｑ有源双Ｔ网络滤波器的设计原理双Ｔ网络本身是一个带阻滤波器，如果要构成带通滤波器，则要将双Ｔ网络引入到运算放大器的负反馈回路中去。
而且为了提高Ｑ值，要将其零极点分布加以调整。
本设计采用图３－２电路，图中，A与双Ｔ网络构成有源带阻电1路，处于运放A的反馈支路中，2A构成反相相加器，将输入信号i U与2带阻滤波器的输出信号U01相加。
图３－２有源带通滤波器原理图经推导，该带通滤波器的传递函数为：)(1)()()(56760s H R R R R s u s u s H F i +-==（３—１）式中)()()(001s U s U s H F =为带阻滤波器的传递函数。
229822980113)1(4)1)(1(31)()()(0CR s RC R R s CR s R R s u s u s H F +-+++== （３—２）将该式代入（3—1）式，得2220020)()(ωωωω++++'-=s Qs s Q s H s H F（３—３）式中，)1(4398R R Q F -=（３—４）RC10=ω （３—５） )1(33985676R R R R H ++=' （３—６）F Q R R R R Q ]3)1(1[9856++= （３—７）中心频率0f 所对应的增益0H 为FQ QH H 00'= （３—８） 该滤波器的幅频特性)(ωj H 为2022202022200)()()()()(QQ H j H Fωωωωωωωωω+-+-'= （３—９）相频特性为22001220010180)(ωωωωωωωωωϕ---+-=--Q tg Q tg j F （３—10） 定性画出该滤波器的幅频特性及相频特性如图3－3所示：图３－３ 有源带通滤波器的幅频特性与相位特性示意图 （四）、有源带通双Ｔ网络的参数计算已知,100,5HZ f KHZ f =∆=则50=Q 。
＊ 选pf c c pf c c c c 20002,10003421====== ＊ 选Ω==Ω=====k RR k cf R R R R 9.152,8.312130421π＊ 选8R ，9R ,根据式（3－４），F Q 为正，98R R 必须小于１选,3,75.098==F Q R R 取k R k R 24,1898==＊ 选,6R 5R根据 50]3)1(1[9856=++=F Q R R R R Q选Ω=k R 1006，算出Ω≤k R 6.35。
用一个１ＫΩ电阻和一个１０ＫΩ电位器串联来调节。
＊ 选7R7R 与增益有关，试题对增益没有明确要求，我们选6.1)1(33985676=++='R R R R R R H算出Ω=k R 2.37，用一个１ＫΩ电阻和一个５ＫΩ精密电位器串联来调节。
＊ 中心频率0f 所对应的增益0H 为： 66.266.1350=⨯='=H Q Q H F （二） 带通源滤波器的计算机仿真（虚拟实验）结果，利用ElectronicsWorkbench 软件运行虚拟实验，其结果分别如下图所示。