1 引言
当今世界,电子科技飞速发展,数字化、网络化、信息化,影响着人们的衣、食、住、行。但现有电子科研实验室缺少频率在1MHz以下的扫频仪器www.cechina.cn,严重阻碍了科研人员的创作速度。语音信号要进行数字处理时,首先必须经过采样、量化、编码,由Nyquist采样定理可知,若要无失真地重建原始信号,采样频率必须大于或等于原始信号最高频率的两倍(Ws≥2Wh),否则采样信号的频谱将会发生混叠,此时控制工程网版权所有,无法恢复原始信号,显然原始信号的频率Wh越低,采样频率Ws也越低,数码率也就越低,并可大大减少存储空间和信息传输速率,于是,可以在采样之前使原始信号通过一个低通滤波器,只允许低于Ws/2的频率分量通过,而将更高的频率分量滤除。由语音信号的标准可知,在采样前可通过带通滤波将语音信号的频带限制在300Hz~3400Hz范围内。无疑,在以上这一系列语音信号处理过程中,缺少不了1MHz以下的扫频仪器www.cechina.cn,特别是进行300Hz~3400Hz带通滤波器的设计与生产时,在调整与测试过程中必须使用低频扫频仪进行数据检验。
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p; 2 方案的设计与论证
根据上述要求,我们可有以下三种设计方案:
(1)借助实验室的低频信号发生器与示波器,
用人工的方法进行定点描测控制工程网版权所有,即由低频信号发生器产生一个一个的频率点输送到被测电路,其输出接到示波器,观测它的各个频率点的衰减幅度,并记录下来进行数据分析。
(2)以单片机为核心,外围频率合成器、整流滤波、A/D转换、液晶显示、键盘控制等部分进行智能全自动化综合系统设计,工作原理后文详述,其系统框图如图1所示。
(3)以DSP芯片为核心,对外围宽带信号发生器、宽带信号接收器、液晶显示屏、控制面板等部分进行智能系统设计,其基本工作原理是:由信号发生单元产生一个从20Hz~2MHz的宽带信号输送到被测电路,其输出接到信号接收单元,再由DSP芯片进行频谱分析,扫频结果由液晶显示直观地显示出来,键盘采用轻触开关控制扫频范围、输出/输入信号衰减dB值等设置,其系统框图如图2所示。
显而易见,方案1是一种传统的人工方案控制工程网版权所有,测试麻烦,速度慢,工作效率低,不符合现代电子设计标准;方案2、3均是全自动化仪设计方案,方案3比方案2的测试性能、精度指标要好,但方案2的成本低廉,易于生产,因此我们选择方案2。
3 扫频仪的工作原理
在电子测量中,经常遇到对网络的阻抗特性和传输特性进行测量的问题,其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等。用来测量前述特性的仪器我们称为频率特性测试仪,简称扫频仪。它为被测网络的调整,校准及故障的排除提供了极大的方便。
扫频仪一般由扫描锯齿波发生器、扫频信号发生器、宽带放大器、频标信号发生器、X轴放大、Y轴放大、显示设备、面板键盘以及多路输出电源等部分组成。其基本工作过程是通过电源变压器将50Hz市电降压后送入扫描锯齿波发生器,就形成了锯齿波,这个锯齿波一方面控制扫频信号发生器,对扫频信号进行调频,另一方面该锯齿波送到X轴偏转放大器放大后,去控制示波器X轴偏转板,使电子束产生水平扫描。由于这个锯齿波同时控制电子束水平扫描和扫频振荡器,因此电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率。从左向右频率逐渐增高,并且是线性变化的。扫频信号发生器产生的扫频信号送到宽带放大器放大后,送入衰减器,然后输出扫频信号到被测电路。为了消除扫频信号的寄生调幅,宽带放大器增设了自动增益控制器(AGC)。宽带放大器输出的扫频信号送到频标混频器,在频标混频器中与1MHz和10MHz或50MHz晶振信号或外频标信号进行混频。产生的频标信号送入Y轴偏转放大器放大后输出给示波管的Y轴偏转板。扫频信号通过被测电路后www.cechina.cn,经过Y轴电位器、衰减器、放大器放大后送到示波管的Y轴偏转板,得被测电路的幅频特性曲线。
4 硬件设计
4.1硬件组成
本系统的硬件部分由CPU(89C51)、频率合成器(MC145151-1)、整流滤波、A/D转换(ADC0 809)、液晶显示、轻触键盘等单元组成,系统方框图如图1所示。键盘控制扫频范围,由单片机输送14位数据至MC145151-1控制压控振荡器(VCO)的振荡频率,该频率经被测电路后至整流滤波,再经