胡启斌;张顺;谷诗萌
北京杂谈
甲基丙烯酸烯丙酯
【摘 要】针对快速、便携、低成本对信号及网络频率特性测量的需求，研制了一台信号测量设备，该设备以 STM32F103ZET6为处理器，运行uCOS-III 系统，扫频信号由 AD9850芯片产生，当信号通过被测网络后，经过以 AD8302芯片为核心的幅度和相位检测电路，被处理器片内ADC进行采集后送入系统处理。【期刊名称】《科技风》
不要告诉妈妈【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】1页(P127-127)
【关键词】示波器;频率特性;FFT;DDS;STM32
【作 者】纳滤胡启斌;张顺;谷诗萌
【作者单位】重庆智障学校成都理工大学，四川成都 610059;成都理工大学，四川成都 610059;成都理工大学，四川成都 610059
王幼辉【正文语种】中 文
随着电子产品的普及，调试、维修过程中,都不可避免地需要对某些电信号进行测量。然而传统的扫频仪、示波器存在价格高，体积庞大，使用不方便的问题。
1 系统总体设计
该设备采用工作频率达72MHz的STM32F103ZET6作为处理器并运行uCOS-III系统，为提升人机交互性，加入GUI图形界面[1]。该设备具有两种功能，当测量网络频率特性时，首先由STM32控制AD9850产生扫频信号[4]，信号在滤波、放大后。分两路（一路经过被测网络，另一路则不经过）送入AD8302电路进行相位和幅度特性检测，STM32内部的ADC采集检测结果，这些幅度差和相位差数据，将通过DSP库函数计算，利用GUI进行频率特性曲线绘制并在LCD上显示。另一种功能是显示被测信号波形，由于STM32内部ADC采集信号的限制[3]，需要在输入信号前端加入偏置电路和量程选择电路。
2 系统硬件设计
系统硬件部分分为STM32最小系统、DDS电路、FSMC接口、信号输入电路、频率特性测试网络五个部分：STM32最小系统、DDS电路、FSMC接口、信号输入电路、频率特性测试网路。
2.1 DDS 电路设计
DDS电路包括两个部分[2]：低通滤波电路和芯片配置电路，由于AD9850时钟为125MHz且内部没有滤波器，我们需要的扫频信号是10KHz-40MHz，因此必须加低通滤波器滤除高频干扰；配置电路包括时钟电路，滤波电路，输入输出信号配置。CLKIN引脚接入时钟信号，D0-D7写入控制字使AD9850产生频率和相位可编程的正弦波，IOUT输出DAC模拟电流，IOUTB输出模拟互补电流。
图1 DDS电路原理图
2.2 频率特性检测电路
AD8302是用于幅度和相位测量的芯片，由两个宽带对数检波器、相位检波器、放大器组、偏置单元和输出参考电压等组成。幅度测量范围为-60d B-0dB，相位测量范围达180度。由AD9850产生的一路扫频信号直接输入AD8302的A（引脚2）通道，另一路相同的扫频信号通过被测网络后，输入AD8302的B（引脚6）通道。AD8302电路将A、B通道信号的幅度比值和相位差转换为电压，并由处理器内部的ADC采集，根据以下公式处理，绘制特性曲线。
2.3 测试信号输入电路
STM32片内ADC采样电压范围是0～3.6V，但待测量信号常存在负值的情况。因此需要将待测信号变为单极性。再次，由于设计的电压测量范围-5V至+5V，还需要将被测信号的幅值缩小才能采集。
图2 示波输入偏置电路
偏置电路中，U1反相器实现信号的正负极性对调，通过RC网络得到峰值电压即负峰值的电压。U2是加法器，输入信号也通过引脚3与引脚6输出的电压相加，这样信号就有偏压值。ADC采集偏压值，这样才能复原信号。
图3 信号幅值选择电路
在幅值选择电路中，U3，U4，U5反向放大器分别对加了偏置电压后的信号进行1/10，1/5，1/3倍放大，STM32的三个I/O控制三极管选通，从而实现量程的选择。
3 系统流程
开机时首先进行初始化，包括STM32片内的GPIO，ADC，TIM以及外部LCD等设备的初始化。然后，系统将创建两个任务，即ADC对频率特性的采集与显示和测量外部信号的任务。
4 系统测试结果
使用高性能网络分析仪测量RLC网络作为参考。其增益，相位均用字母a表示；本次设计的频率特性测量设备的数据，用字母b表示。
在测量频率范围内，经多次测量得出以上实验数据，测量结果表明所研制的设备能反应出被测网络的幅度、相位频率特性。
5 总结
本文主要对基于STM32F103ZET6和DDS技术来实现频率特性测试的思路，对该方案的硬件电路以及程序设计等内容进行研究，采用专用的芯片产生扫频信号、对被测网络两端信号的幅值和相位进行检测，充分利用处理器内部的ADC进行采样。
[参考文献]
[1]周立功等.ARM 嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[2]黄智伟.大学生电子系统设计[M].北京航空航天大学出版社,2006.
[3]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京航空航天大学出版社,2008.
[4]叶金来,黄洁,江桦.中频信号正交解调原理与实现[J].福建工程学院学报,2004.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议