正弦信号参数分析仪
Proteus教程-PROTEUS应用89c52温控仪
于图表的仿真。 5 交互式仿真检验用户所设计的电路是否能正常工作——
交互式仿真图 5 基于图表的仿真用来研究电路的工作状态和进行细节的
测量——基于图表的仿真
5 PROTEUS VSM中的人性化测量
模拟脉冲激励源
用于为仿真分析产生各种周期 输入信号，包括方波、锯齿 波、三角波及单周期短脉冲。
模拟脉冲 信号输出
指数脉冲激励源
产生与RC充电/放电电路相同 的脉冲波。
指数 信号输出
单频率调频波激励源
调频波 信号输出
Pwlin 信号输出
Pwlin信号激励源
任意分段线性脉 冲、信号发生
基于转移特性分析图 表的电路分析
数字分析图表:用于绘 制逻辑电平值随时间 变化的曲线，图表中 的波形代表单一数据 位或总线的二进制电 平值 .
混合分析图 表:可以在同 一图表中同 时显示模拟 和数字信号 的波形.
直流扫描分析:可以观察电路 元件参数值在用户定义范围内 发生变化时，对电路工作状态 （电压或电流）的影响（如观 察电阻值、晶体管放大倍数、 电路工作温度等参数变化对电 路工作状态的影响）。
LED显示
加热丝
双向可
控制
控硅
对象
设定输入
单片机
控制输出
继电器传感风扇器A/D采集 电路
信号调 理电路
铂电阻测温调理电路
A/D接口电路
显 示 电 路
控 制 电
路
系统总图
仿真结果
输出控制信号占空比
设定温度为55℃、实际温度为54℃时，系统输出的功率信号
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现引言在电子领域中，正弦信号是一种重要的基础信号，被广泛应用于通信、音频、视频等各个领域。
而DDS（Direct Digital Synthesis）直接数字合成技术则是一种通过数字方式生成高精度、高稳定性的正弦波信号的方法。
本文将详细介绍基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现。
设计目标本次设计旨在实现一个可配置频率范围广泛且精度高的DDS正弦信号发生器。
具体设计目标如下： 1. 实现频率范围可调节，覆盖从几Hz到数十MHz； 2. 提供高精度的频率控制，满足特定应用场景对频率稳定性和相位精度的要求； 3. 支持模数转换器（DAC）输出，并能够通过外部接口控制输出幅值； 4. 使用FPGA作为主要硬件平台，以满足高速计算和灵活配置需求。
系统架构基于FPGA的DDS正弦信号发生器主要由以下几个部分组成： 1. 数字控制模块（Digital Control Module）：负责接收外部输入的频率、相位和幅值等参数，并将其转换为对DDS核心模块的控制信号； 2. DDS核心模块（DDS Core Module）：根据接收到的控制信号，通过数学运算生成正弦波形的离散采样值； 3. 数字模拟转换模块（Digital-to-Analog Converter, DAC）：将DDS核心模块输出的数字采样值转换为模拟电压信号； 4. 输出放大器（Amplifier）：用于放大DAC输出的电压信号，并通过外部接口提供可调节幅值的正弦波输出。
DDS核心模块设计DDS核心模块是整个系统中最关键的部分，它负责根据输入参数生成正弦波的离散采样值。
下面是DDS核心模块设计中需要考虑的几个关键要素：相位累加器相位累加器是DDS核心模块中最基础且重要的组件之一。
它根据输入的频率和时钟信号，在每个时钟周期内累加相位增量，从而实现相位连续变化。
相位累加器可以使用一个定点数或浮点数寄存器来表示，并通过固定步长进行相位递增。
ATS-1操作手册
ATS-1音频分析仪操作手册操作方法概述: 对比度旋钮操作方法概述前面板控制器可分为以下各部分：图4-1前面板按键组成CONTRAST对比度旋钮对比度旋钮用于调整亮度及液晶显示器的视角。
如果观看屏幕时有困难，调整此旋钮能够使显示字符和背景较容易地区分开来。
屏幕亦可反转为背景黑而字符光来显示，该项调整放在设置面板中。
参见页4-8。
仪器模式键——面板导航仪器模式键选择主要的操作模式和显示模式。
通过这些按键可选择1——7种不同的显示面板。
P1PA用户手册Pg 4-1概述: 仪器模式键——面板导航操作方法下图表示各主面板之间的切换关系：捷径：按任何功能键将进入主面板，甚至测量功能不变。
图4-2 面板导航Pg 4-2 P1PA用户手册操作方法概述: 仪器模式键——面板导航本机一开机时，将进入默认的主面板。
其外观如下：图4-3 选择主面板顶部一行的是分析区，通常显示为一、二、或三个实时的读数。
中间一行是信号发生器区，用于显示信号发生器的运行参数。
底部一行提供给软键使用，用于在不同的仪器条件下改变相应的功能。
面板按键提供主面板、和发生器面板、分析器面板和设置面板。
通常第一次按下面按键进入主面板，随后按下该键会在上述面板中循环，最后并返回主面板。
按下BARGRAPH键进入条形面板，其外观如下：图4-4 条形面板这个面板的三个实时的读数，顶部一行如同主面板顶部。
底部替换为一个水平的条形，条形能实时显示读数。
有关更多条形的内容请参见页4－57。
P1PA用户手册Pg 4-3概述: 仪器模式键——面板导航操作方法按SWEEP键可进入扫描面板，其外观如下：图4-5 扫描面板扫描面板用于测量一定范围内的频率或幅度的每一步的值，并读取每步读数。
并根据读数在画面显示图形。
读数产生在垂直轴。
详情参见页4-59。
PRINT键的操作取决于当前屏幕显示的不同而有不同的操作。
当扫描面板显示完毕后按下PRINT键，显示屏将会切换到打印面板，其外观如下：图4-6 打印面板或者表格数据。
矢量网络分析仪
矢量网络分析仪矢量网络分析仪是一种广泛应用于通信、无线电设备和电子电路实验的精密测试仪器。
它可以测量电路中各种参数，如反射系数、传输系数和阻抗等，并为分析电路的性能提供数学模型。
本文将对矢量网络分析仪的原理、结构和应用进行详尽介绍。
一、矢量网络分析仪的原理矢量网络分析仪的原理是基于麦克斯韦方程组和电磁场理论。
在基础电磁理论的基础上，矢量网络分析仪将电信号分为正弦波和相位两部分进行测量，通过计算这些部分的幅度和相位差异，可以确定电路中各种参数的值。
这里简单介绍一下矢量网络分析仪的基本工作原理。
1.1 反射系数的测量反射系数是指信号在电路中反射时与源信号之间的关系。
在矢量网络分析仪的测量中，反射系数的测量可以通过向电路输入一个特定频率的正弦信号，并在电路的接收端检测到其反射信号，然后测量两个信号之间的相位和振幅差异，来计算反射系数的值。
1.2 传输系数的测量传输系数是指信号从电路的输入端到输出端的传输效率。
在矢量网络分析仪的测量中，传输系数可以通过在电路的输入端和输出端分别加入正弦信号，并测量两个信号之间的相位和振幅差异，来计算传输系数的值。
1.3 阻抗的测量阻抗是指电路对电流和电势差的响应，其强度和方向受到电路的各种参数的影响。
在矢量网络分析仪的测量中，阻抗可以通过向电路输入一个特定频率的正弦信号，并通过测量电路中的电流和电势差，来计算阻抗的值。
二、矢量网络分析仪的结构矢量网络分析仪的结构主要分为三部分：源信号、接收器和计算机控制系统。
源信号负责向电路中输入正弦信号，接收器负责检测电路中的反射和传输信号，计算机控制系统则负责数据处理和分析。
下面将对这些部分的结构和功能进行详细介绍。
2.1 源信号源信号是矢量网络分析仪的核心部分之一。
它主要通过向电路中输入不同频率和振幅的信号来测量电路的性能。
源信号通常由射频信号发生器（RF signal generator）或特定的示波器（oscilloscope）提供，其输出功率和波形必须具有高度稳定性和可控制性。
电子测量与仪器—频域测量
4.调谐方程和频率参数
2.动态频率特性
随着扫描速度的提高，频率特性将扫频方向偏移。图中Ⅰ 为静态特性，Ⅱ、Ⅲ为依次提高扫速时的动态特性曲线。可以
看出动态频率特性有以下特点：
(1)顶部最大值下降； (2)特性曲线被展宽；
(3)扫速愈高，偏移愈严重。 其原因是由于实际电路是由
动态元件L、C等元件组成的(如 调谐电路)，信号在其上建立或
正弦稳态下的系统函数或传输函数H(jω)反映该系统 激励与响应的关系：
式中，H(ω)也可写成H(f)，称为测量的幅频特性。 Φ(ω)是相频特性。
8.1.1 静态频率特性测量——点频法
点频法就是“逐点”测量幅频特性的方法，注意明确 被测电路选用相应仪器。
K( f )
f f0
特点：所测出的幅频特性是电路系统在稳态情况下的静态 特性曲线。但操作繁琐费时，并且可能遗漏掉某些特性突 变点。这种方法一般只用于实验室测试研究。
8.4.2 实例1—BP-1型频谱仪
是国产的早期产品，性能指标不高，用它讲解原理比较简明易懂。
3MHz～6MHz fs K1 1
变频器 M0(+)
100Hz～3MHz
1 2
K2
被测信号 (设fs =10MHz 100Hz～30MHz
1KHz标准调幅波)
10MHz 2
3MHZ～30MHz
3～6MHz 5MH
0.2~0.3S 图8.35 BP-1 频谱仪原理框图
从图中可以看到以下特点： 1.多级变频
从框图可以看出频谱仪主要电路是一台超外差接收机 。为了提高分辨频谱能力，则要提高接收机的选择性，而 决定选择性的通频带：
（8.13）
谐振回路的Q值提高较困难，故欲使 减小，主要措施是 降低信号频率 ，因此要通过多次变频将被测信号的频谱搬移 到较低的中频上，这样窄带滤波器才容易实现。
基于频谱分析仪的调幅信号快速测试方法
基于频谱分析仪的调幅信号快速测试方法以《基于频谱分析仪的调幅信号快速测试方法》为标题，本文提出一种基于频谱分析仪的调幅信号快速测试方法，它是一种有效且简便的测量调幅信号参数的方法，可以缩短测试时间，提高测试效率。
调制信号可以被描述为一个包含正弦频率和相位调制的连续波形，在电子领域中，调制信号被广泛应用于无线信息传输、滤波器设计、锁相环设计等，因此，测量精确的调制信号参数是非常重要的。
传统的调制信号测试方法是基于示波器的，它需要对调制信号进行观察，以获取示波器图表上的参数，但这种方法耗时长，测量不精确，而且容易受到其他外部因素的影响，如噪声干扰。
频谱分析仪是一种可以测量调制信号参数的仪器，它可以帮助快速准确测量调制信号的正弦频率、相位调制和幅度，因此可以作为一种有效地测量调制信号参数的方法。
基于频谱分析仪的调制信号快速测试方法的主要步骤如下：首先，使用示波器观察调制信号波形，以获取准确的采样频率。
然后，使用频谱分析仪，对其调制信号进行测量，获取其正弦频率、相位调制和幅度等参数。
最后，通过矩阵运算，根据采样频率对调制信号进行傅里叶变换，计算出信号的频率响应。
基于频谱分析仪的调制信号快速测试方法具有许多优势：它可以快速测量调制信号的参数，准确率非常高，而且操作及处理时间都较短，不受外部环境因素的影响，有助于减少测试时间，提高测试效率。
本文提出了一种基于频谱分析仪的调制信号快速测试方法，经比较，该方法优于传统的调制信号测试方法，已获得较好的应用效果。
然而，尚需要进一步研究频谱分析仪在调制信号测试中的应用。
总的来说，基于频谱分析仪的调制信号快速测试方法是一种有效且简便的测量调制信号参数的方法。
它可以有效减少测试时间，提高测试效率，受到广泛应用。
正弦信号的频率 -回复
正弦信号的频率-回复正弦信号是一种重要的周期性信号，广泛应用于电子通信、音频处理、图像处理等领域。
频率是正弦信号的一个关键参数，决定了正弦信号的变化速率和周期，对于理解和分析正弦信号至关重要。
一、什么是正弦信号的频率？频率是指正弦信号在单位时间内完成的周期数。
对于一个完整的正弦波形，频率描述了波形在单位时间内完成的周期数，单位为Hz（赫兹）。
以一般正弦函数表示：f(t) = A*sin(2πft + φ)其中，f(t)表示正弦信号，A为振幅，f为频率，t为时间，φ为初相位。
频率f决定了正弦信号振荡的快慢，即单位时间内信号经历的周期个数。
二、正弦信号频率如何影响波形？1. 振动速度：频率越高，正弦信号的振动速度越快，波形变化越快。
2. 波形周期：频率越高，单位时间内完成的周期数越多，波形周期越短。
3. 信号频率与音调：在声音处理中，频率决定了音调的高低。
例如，频率为440Hz的正弦信号被称为A4音，是西方音乐中的标准音调440Hz。
三、频率的计算方法1. 周期与频率的关系：频率f和周期T的关系为f = 1/T，其中T为正弦信号完成一个周期所需的时间。
2. 频率与角频率的关系：角频率ω定义为2πf，单位为rad/s。
如果知道正弦信号的角频率ω，可以通过f = ω/ (2π)计算频率f；如果知道正弦信号的频率f，可以通过ω= 2πf计算角频率ω。
四、频率的测量方法1. 频率计：频率计是测量信号频率的一种常见设备。
它通过周期测量或周期计数的方式来确定信号的频率。
2. 频谱分析仪：频谱分析仪通过将信号进行频谱分解，可以直观地显示信号在不同频率上的能量分布情况。
通过读取频谱图的峰值或直接在仪器上查看具体频率值，可以确定信号的频率。
3. 数字信号处理：利用数字信号处理技术，可以通过采样和离散傅里叶变换等方法，实现对正弦信号频率的精确测量。
频率作为正弦信号的一个重要特征，不仅涵盖了信号的振动速度和变化周期，还与信号的音调和谐波等特性密切相关。
基于动态信号分析仪的便携式振动校准器的测量方法
基于动态信号分析仪的便携式振动校准器的测量方法董平【摘要】It can also provide rapid calibration and inspection for those measuring, monitoring and recording system which be connected with. Based on the working principle of the portable vibration calibration and window function theory, taking dynamic signal analyzer (B&K PULSE 3560C) and standard accelerometer set (8305 / 2626) for detecting tool, using the experimental data as the evidence, this paper studies and sums up the effect degree of detection data’s accuracy influenced by the selection of window function during the process of the portable vibration calibrator detection.% 以便携式振动校准器工作原理和窗函数理论为基础，以B&K公司的PULSE 3560C动态信号分析仪和标准加速度计套组8305/2626为检测工具，以实验数据为佐证，研究并归纳出便携式振动校准器检测过程中窗函数的选择对检测数据准确性的影响程度【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】3页(P10-12)【关键词】便携式振动校准器;动态信号分析仪;窗函数【作者】董平【作者单位】江苏省计量科学研究院【正文语种】中文0 引言振动校准器是一种便于携带并能用于测振仪和振动传感器（压电加速度探头）的校准激励器。
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摘要
本系统以C8051F020MCU为核心，通过运算放大器以及比较器构成的外部电路对待测波进行处理后，由MCU自带的DA与比较器的综合应用测得正弦波幅值及频率，并通过MCU内部的12位ADC对波形采样以达到对波形的显示功能。
通过对单片机程序的不断优化，本系统对正弦波幅值及频率的测量精度均能达到题目要求。
为了方便观测波形，本系统还加入了波形绘制功能，使波形通过液晶12864显示，能够更直观的观测出待测波形的变化，这是本设计的一大特色之一。
在正弦信号发生器方面，我们采用了精密波形发生集成电路ICL8038，能较好的产生频率100Hz到20KHz的正弦波。
关键词：数模转换（DA）模数转换（AD）波形绘制信号发生器
Abstract
The system is based on the MCU C8051F020. With the help of the operational amplifiers and comparators, the MCU can show precisely the amplitude and frequency of the iuput signal through LCD 12864. In order to make the signal visible, we add the drawing function to our system, which is one of the most distinguishing features in the system.
Keywords: DAC ADC waveform-drawing signal generator
一．系统方案设计与论证
本系统主要由五个部分组成：待测信号处理模块、幅度测量模块、频率测量模块、图形绘制模块以及正弦信号发生模块。
1.待测信号处理模块
由运算放大器构成的待测信号处理模块如图所示：
待测信号由Vi输入，VRef提供直流偏移，由运放的“虚短”、“虚断”可知输出信号为输入信号放大（或缩小）一定倍数，并加上直流偏移，偏移大小由VRef 决定。
经过处理的输出信号电压为正值，方便后续比较器与单片机处理测得幅频大小以及AD采样的波形绘制。
2.幅度测量模块
【方案一】：
采用峰值保持电路
由高频性能良好的比较器LM311构成峰值保持电路：
由输出信号反馈到输入与待测信号作比较，当LM311输出信号低于待测信号时，比较器输出端出现低电平，PNP二极管导通，对电容进行充电，直到电压与待测电压最大值相同，比较器输出端出现高电平，二极管截止，电容充电停止，因为电容放电时间较长，电容电压可近似看做直线，达到峰值保持目的。
这种方法简单，但需占用MCU中12位ADC，且占用后不方便后续波形绘制。
仿真结果如下：
【方案二】：采用比较器与DAC的综合：
由MCU内部的DAC控制两片比较器LM311的基准电压，逐次逼近当基准电压小于待测信号时，通过DAC提高基准电压，当基准电压大于待测信号时，通过DAC降低基准电压，直至测量至最大或最小值，可得信号幅值。
此种方法外围电路简单，且大部分可在单片机内部编程实现。
并将12位ADC留出，我们最终采用此种方法。
3.频率测量模块
频率测量模块先由比较器将正弦波变为同频率方波，再由MCU内部定时器、计数器实现，这里有两种测量方法。
【方案一】：定时时间一定
由定时器定时，再由计数器检测输入波形下降沿计数，从而计算出频率。
此种方法虽程序实现简易，但由于定时时间一定，在定时停止时，不一定能刚好测到下降沿，导致在低频段误差较大。
【方案二】：测量整数个下降沿
由计数器在一定时间内检测整数个下降沿，检测完成后再计算周期。
由于只有检测到最后一个下降沿，定时才会停止，故此种方法能大大提高测量精度。
虽然程序较为复杂，但我们任选用此种方案。
4.图形绘制模块
由单片机内部12位ADC对信号进行采样，采样数值转换为12864液晶屏上的点，从而绘制出信号的大致波形图，能直观的从屏幕上读出信号类型。
5.正弦信号发生模块
【方案一】：文氏桥振荡电路
文氏桥振荡电路原理简单，电路简易，成本低，但是在低频和高频段波形失真较为严重，且调试复杂，受双联电位器自身影响大。
【方案二】：精密波形发生集成电路ICL8038
集成电路ICL8038能用最少的外部电路实现0.001Hz到300KHz的正弦波、方波及三角波输出，但成本较文氏桥高。
考虑到其输出波形频率高、波形较好，故采用这种方案。
二．系统具体设计与实现
2.输入信号处理模块
由题目要求，所测信号幅值为0.5V到4.0V，为方便测量，选择输出信号幅度衰减为原来的0.28倍，加上直流偏移约2V。
此处的VRef由可编程精密参考源TL431提供，选取R1=20K，再由关系式V0=2*VR*R2/(R4+R2)-R1/R3*Vi得出其余电阻及参考电压。
3.幅频测量及绘图模块
以上模块大部分功能可在单片机内通过程序实现，故此处不再叙述。
4.正弦信号发生模块
采用集成芯片ICL8038构成20Hz-20KHz的可变音频振荡电路，如图所示：
产生频率范围内的正弦波，后接反相放大器以调节幅度。
1.
2.MATLAB分析
在输入信号处理模块，由于输出结果有误差，故使用MATLAB对输出结果与真实值进行拟合修正，改变信号发生器输出幅度，与测量值进行一次拟合，以得到更为精确的结果。
四．测试数据
五．设计小结
本系统以较高的精度完成待测波形参数的测量，并自行设计正弦波发生电路。
在测量同时，单片机配以波形显示，直观显示出波形图，是本设计一大特色。
参考文献
【1】吴援明,唐军. 模拟电路分析与设计基础北京：科学出版社，2006年
【2】张俊谟. SoC单片机原理与应用北京：北京航空航天大学出版社，2007年。