简易频谱分析仪课程设计.doc

东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 2014年 7月 18 日 东北石油大学课程设计任务书 课程 通信电子线路课程设计 题目 简易频谱分析仪 专业 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 设计一个测量频率范围覆盖MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号： [2] 张建华．数字电子技术［M］．北京:机械工业出版社． [3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册 完成期限 2014.7.14 — 2014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年 7 月 14 日 摘　要 系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经凌阳单片机SPCE061A处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖1MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。关键词：SPCE061ADDS；频谱分析仪 目　录 ⒈ 设计要求 1 ⒉ 方案论证 1 ⒊ 方案设计 2 3.1 硬件设计 2 3.2 软件设计 8 ⒋ 测试说明 9 4.1 测试仪器 9 4.2 测试过程几组测试数据 9 ⒌ 小结 10 ⒍ 系统需要的元器件清单 11 参考文献 11 ⒈ 设计要求 设计一个测量频率范围覆盖MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号⒉ 方案论证 1]：扫频法。这种频谱分析仪采用外差原理，由本机振荡器产生一定步进频率的信号与输入信号相乘，然后由适当的滤波器将差频分量滤出以代表相应频点的幅度。本机振荡信号可以达到很宽的频率，与外部混频器配合，可扩展到很高频率。这种方法的突出优点是扫频范围大，硬件成本低廉，但这种方法对硬件电路要求较高，各模块性能都需要精心设计，且连接在一起整体调试时有一定难度。而且它只适于测量稳态信号的频率幅度，获得测量结果要花费较长的时间。　　方案二2]：FFT法。这种频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。为获得良好的仪器线性度和高分辨率，ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍。FFT运算时间与取样点数成对数关系，频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时，要选用高速的FFT硬件，或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。可见这种方法的优点是硬件电路简单，主要依靠软件运算，可以提高分辨率。但缺点是频率越高，对ADC和DSP芯片的速度要求越高，相应价格也越昂贵。　　方案三：分段FFT。这种方法将输入信号分段，逐段进行FFT的处理，这样分段取样降低了对ADC和FFT硬件的速度要求，又可以在相对窄的频段内得到更高的频谱分辨率。但是这种方法在软件和硬件的设计和测试上显然要复杂很多，尤其是在1M-30MHz如此宽的频段范围内。　　根据实际条件和成本上的考虑，在满足题目要求的前提下，我们选择方案一实现频谱分析仪。 方案设计 ??根据题目要求，系统总体设计框图如图 图? 系统总体设计框图 系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经凌阳单片机SPCE061A处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖1MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。 硬件电路原理图如图 （1）单片机最小系统 本系统选用SPCE061A[3]单片机作为主控制器，进行信号处理和控制人机交互。SPCE061A是一款16位结构的微控制器。在存储器资源方面，SPCE061A内嵌32K字的闪存（Flash），可供存储扫描所得的频率点幅值，而不用外置存储器，节省了存储时间，方便对数据进行处理；在处理速度方面，它的CPU时钟为0.32MH