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總體框圖

    系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。采用DDS芯片AD9854及STM32單片機作為控制單元產生掃頻信號，輔以按鍵控制實現(xiàn)1MHz-40MHz，最小步進100KHz范圍內的連續(xù)掃頻輸出和點頻測量。RLC串聯(lián)諧振電路用作被測網(wǎng)絡。經(jīng)AD835乘法器和低通濾波器得到同相分量和正交分量的直流信號，ADC轉換送入單片機，在單片機內進行數(shù)據(jù)處理，計算得到相位和幅度，通過液晶顯示幅頻特性和相頻特性曲線。

                 圖1  整體系統(tǒng)框圖

1. 正交信號源設計

正交信號源選擇了DDS芯片AD9854，具體實現(xiàn)電路見圖2。對AD9854進行編程控制，使之輸出兩路幅度相同并且正交的信號，然后對輸出信號進行濾波，使得正弦波變得更加平滑，濾波之后再把輸出峰峰值為512mV的信號放大2倍到1.24V。

                   圖2 AD9854電路圖

2.乘法器電路設計

題目要求輸入信號的頻率為1MHz～40MHz，因此選用的乘法器帶寬必須大于40MHz，ADI公司的AD835乘法器，其帶寬為250MHz，滿足題目要求。其輸出信號表達式為W=X*Y+Z，Z為直流電壓，用于系統(tǒng)調零。通過調節(jié)R4的阻值可使乘法器得到0～-2.5V的偏置電壓。其原理圖如圖3所示。

圖3乘法器電路

3 .濾波器及放大器設計

經(jīng)乘法器輸出的信號如式（1）、

（3）所示，需設計低通濾波器，濾除高頻分量，留下直流分量。據(jù)式（1）、（3）分析，濾波器截止頻率低于1MHz即可，但考慮到電路會不可避免地產生其他頻率干擾，因此低通濾波器的截止頻率越小，濾波效果越好，測量精度越高。此外，由于STM32自帶ADC只能采集正電平，因此需再加一級加有共模電壓的放大器。電路如圖4所示。

                        圖4濾波放大電路

4. ADC設計

 I、Q通道平衡對測量儀的精度至關重要，為保證正交平衡，DDS后的放大和濾波電路保證完全相同的電路，參數(shù)元件一致，PCB走線一致，由于掃頻時間2S,步進為100K,整個頻率范圍內需要391個頻點，對采用速率要求不高，我們選用STM32的片內AD，使用能夠輕松達到12bit的精度，滿足系統(tǒng)幅度0.5dB波動的測量要求。

5.被測網(wǎng)絡設計

被測網(wǎng)絡采用RLC串聯(lián)諧振電路,電路圖如圖5所示。

                         圖5 RLC串聯(lián)諧振電路

中心頻率：

                                                （7）

有載品質因數(shù)：

                                  （8）

其中為中心角頻率，為環(huán)路總電阻。

回路帶寬：

                                （9）

按要求被測網(wǎng)絡中心頻率20MHz，有載品質因數(shù)4。取電容C=18pF，為滿足中心頻率為20MHz，將f0和C代入（7）式，計算得L=3.52uH。

將Qr=4，C=18pF代入式（8），計算得r=Ro+Ri+R=110Ω，故R=10Ω。

程序設計

系統(tǒng)開機后進入初始化狀態(tài)，初始化后進入功能選擇界面，根據(jù)不同的按鍵狀態(tài)進入相應的工作模式，主程序流程如圖6所示。在程序開發(fā)時，使用的是keill的MDK5集成開發(fā)環(huán)境，運行代碼及詳細注釋見附件代碼。

                         程序流程圖

演示效果的圖片及視頻如下: