一種基于FPGA和單片機的掃頻儀研究與設計

　　2 系統功能部分設計

　　2．1 掃頻信號的產生

　　直接數字合成(DDFS)信號源。它是一種完全數字化的方法：先將一個周期的正弦波(或者其他波形)的離散樣點幅值的數字量預先存儲于ROM或者RAM中，按一定的地址增量間隔讀出，經D／A轉換后成為不同頻率的模擬正弦波信號波形，再經低通濾掉毛刺即可得到所需頻率的輸入信號。按此原理，DDS可以合成任意波形，且可以精確控制相位，頻率也非常穩定。利用FPGA制作起來相當容易，且掃頻步進實現簡單。設FPGA內部的參考頻率源的頻率為fclk，采用計數容量為2N的相位累加器(N為相位累加器的位數)，頻率控制字為M，則DDS系統輸出信號的頻率fout=fclk／2N×M。頻率分辨率為：△f=fclk／2N。

　　若選取晶振頻率為40 MHz，頻率控制字為24位，相位累加器的位數為31位，則輸出頻率范圍為0．02 Hz～312 kHz，步進頻率為40 MHz／231≈0．02 Hz。

　　系統采用高速14-bit電流輸出型D／A轉換器DAC904制作DDS掃頻信號源。通過FPGA給其20 MHz的時鐘信號以輸出10 Hz～100 kHz的掃頻信號。該器件制作成的PCB板中，很好地考慮了接地，使得輸出信號在頻率為1 MHz可以達到無明顯失真。DAC904采用內部基準和雙極性接法，輸出信號幅值范圍為0～5 V。其原理圖如圖2所示。

　　2．2 幅頻特性測試方案

　　使用集成真有效值轉換器AD637先檢測出信號每個頻率點的有效值，再經過A／D采樣將得到的數據讀到單片機中進行處理即可。該器件外接電路簡單，工作頻帶很寬，與A／D轉換器級聯，可以對任何復雜波形的有效值、平均值、均方值、絕對值進行采樣，測量誤差小于±(0.2％讀數+0．5 mV)，可以達到很高的測量精度。