图知，第二级输入信号为第级输出信号的半，故总增益为满足设计要求。，压摆率为，输入失调电压为，内含两个运放，采用两级级联，分配第级分配增益为，第二级增益为，则相应增益带宽积要求为能达到要求，并能对以上信号形成衰减部分内容简介号最高频率达到，则相应运放的增益带宽积应满足压摆率也应满足同时输入失调电压应尽量的小。根据这些指标要求，选择作为前置放大器。为电流型反馈运算放大器，大信号时增益带宽积为，压摆率为，输入失调电压为，内含两个运放，采用两级级联，分配第级分配增益为，第二级增益为，则相应增益带宽积要求为能达到要求，并能对以上信号形成衰减，由图知，第二级输入信号为第级输出信号的半，故总增益为满足设计要求。电路图如图所示。图前端放大电路乘法器模拟乘法器将两端输入信号相乘，得到两个信号频率的和差频率，从而达到混频的效果。模拟乘法器选用。是款高带宽，四信号输入乘法器，其输出噪声只有，在输入信号为时，其输出噪声为。其输入输出之间关系如图所示。实际电路如图所示在脚与脚和脚与地之间接上电阻和，则混频后输出化简得到图示意图图实际电路图本机振荡器输入信号的频率范围为，中频为，则本振频率的频率范围为。由于振荡频率高达，因此选用专用芯片来产生本振频率。是款方便易用的高速芯片，其内部主要包括个可选用的六倍频器，高速模块和高速十位转换模块，可以用较低的外部时钟和简单的外围元件实现较宽频带内的频率精度较高正弦波合成或者各种调制。这里用它合成正弦波，原理图如下图原理图最高工作时钟可以达到，这里外部接晶振，经过内部的六倍频电路倍频到作为系统工作时钟。合成正弦波频率可以通过下式得到其中是系统工作时钟，这里。是通过串口数据线和控制总线预置的的频率控制字。通过上式可以简单的得到此时理论上可以得到的合成正弦波频率精度是合成正弦波的幅度由下式决定其中，为输出的电流大小，由上式可以看出，它由外接的电阻决定。为外接的电阻，将电流转换为电压输出。这里则正弦波幅度约为。中频窄带滤波器混频器输出中包含有乘法器的两个输入端信号的和差分量，需要通过中频窄带滤波器选出需要的频谱分量，抑制掉其它不需要的信号。题目要求频率分辨率为，即中频滤波器的带宽要小于。滤波器选用陶瓷滤波器，通过信号源给陶瓷滤波器输入端不同频率的信号，实测其中心频率为，带宽为，带宽为，频谱响应特性如图所示。陶瓷滤波器的带宽较窄，因而本振频率的步进值不能太大，否则可能会漏扫些点，在程序设计中我们直接选取其带宽作为步进频率，这样可以保证扫到每个点。图陶瓷滤波器频谱响应曲线检波模块前级电路中本振频率为时，与输入信号混频后，将信号频率为左右的信号送入本级，其峰值大致反映了信号在频率处的幅值，通过检波电路将其峰值检测出来。检波器由二极管和电路组成，电路图如图所示当二极管正端电压高于负端电压定值时，二极管导通，对电容充电当正端电压降低时，二极管截止，此时电阻构成放电通道，电容放电。选取适当的，即可构成需要的检波电路。图检波和采样电路本振信号频率步进时间间隔为，转换器的位数为位，由于信号幅值在不断变化，在个频率步进时间间隔内，输入信号幅值从最大数字电平值为衰减到最小数字电平值小于，滤波器应有充分的放电时间将电压衰减到足够小，故在时间内信号衰减幅度应小于，由可得。输入信号频率为左右，要使检波器随包络波变化而不是随被检波信号波变化，则其电路的时间常数不能太小，应远大于信号周期据此选择时间常数，取，，满足要求。由于二极管存在导通电压，当信号峰值小于二极管的导通电压时，二极管截止不导通，从而无法进行检测，为此在输入端加入个直流偏置与输入信号进行叠加，调节滑动变阻器使得直流偏置电压恰好抵消二极管的正向导通电压，同时接入二极管到地，防止反向电压过大损坏二极管。检波出来的电压通过级射级跟随后被采样，将得到的采样数值存入单片机。数据处理和频谱图显示模块系统噪声处理频谱分析仪的电路中的引入的各种外时单片机采集到的数据应与信号在，处的频谱的幅值和成正比，同样，在本地振荡频率处，单片机采集到的数据与信号在，处的频谱的幅值和成正比。设定，则得到的的量化电压值分别为，而且还得到个不存在的幅频响应，其幅值为。对信号进行如上图示处理，从高频段第个不为零的信号开始，与其镜像频率做减法运算，并将差值作为真实值存储下来。经过轮运算后，就能消除镜像干扰，将真实的频谱图显示出来，同时对输入信号完成识别。频谱图显示由于示波器水平分辨率为格，因此实际测量时只需个点的数值。设扫频频宽为，扫频中心频率为，则本振频率扫频范围为。显示时每两点之间的频率间隔为，前面分析可知，为避免些频率的信号被扫漏，本振信号频率步进值为，因此将扫频范围等分为个区间，将对该区间扫频时采集到的信号的最大幅值进行存储。存满个点后，通过串口将数据转存到的内部，再由产生输出数据通过转换器产生路锯齿波和路信号波形，以方式在示波器上显示需要的信号频谱图。要使输出信号看起来稳定并不闪烁的显示在示波器上，要求显示数据刷新频率大于，每写次屏大约要写个点，故转换器的转换频率应大于，选用位的转换器，其转换速率最高可达，能满足要求，实际输出锯齿波的频率为。信号处理和显示模块波形种类判断等幅波，调频，调幅的频谱图大致如图所示，单片机对采得的信号数据进行如下判断等幅波频谱调幅波频谱调频波频谱图等幅波，调频，调幅频谱图如果频谱集中在点判断为等幅波。如果频谱在多点处存在，中心频率附近频谱信号采集时本振频率步进值为大量集中，判断是调频波。如果频谱在多点处存在，中心频率附近频谱信号采集时本振频率步进值为比较离散，即出现响应的频率点之间间隔较大，可判断是调幅波。信号中心频率测定题目发挥部分要求能测定调幅调频和等幅波信号的中心频率，且其中心频率范围为。实际上要精确测定调频波的中心频率比较困难，可以在保证定精度情况下，采用等精度测量法进行测量。我们选用公司型号为的为核心，辅助凌阳的单片机来实现频率测量。原理图如图所示。图频率测量原理图预制门控信号为脉宽为的脉冲，计数器，均是可控计数器，标准频率信号从计数器的时钟输入端输入，整形后的信号从计数器的输入端进入，端为高电平时各个计数器清零。当预制门控信号为高电平时，经整形后的被测信号的上升沿使触发器输出为高电平，同时启动计数器，开始计数当预制门控信号为低电平时，被测信号的上升沿使触发器的输出变为低电平，两个计数器同时停止计数。设次预制门时间内被测信号计数值为，计数器中标准频率信号计数值为，标准信号频率为，测得输入信号频率为，则得到下面的公式，推导得到，故相对误差公式为从公式可以看出其测量精度只与和标准频率精度有关，而与被测信号无关，取门限时间。由于外部信号的时钟作为计数器的计数频率，的位数为位，在输入频率较高时预制门控信号时间长度就是计数器计数时间，要确保在计数器计数时间内不溢出，则输入信号频率应小于在门限时间内计数值可达到，由前面误差公式可知，当测量频率为单频率时，测量误差小于电源模块我们使用自制稳压电源为系统供电，电路图如图所示。图稳压电源三单片机流程图单片机主要用来完成产生以下功能向本振信号发生器送控制字，对采集信号进行去镜像干扰处理，和配合完成频率测量和频谱图显示，波形识别，人机友好界面设置包括液晶显示和遥控键盘。单片机流程图如图所示开机中频测量和波形判断采集完毕关机系统初始化扫频中频设置扫频带宽设置改变本振频率采集检波信号去镜像干扰传数据给等待键盘中断图单片机流程图红外接收和解码模块我们采用专用红外解码芯片将遥控器发出的信号解调出来送入单片机，由单片机进行解码。由解调芯片解调出来的信号是位串行数据，其中含有位键码数据，还有些控制信息，由于信号直接接到口上，其信号幅值会下降很多，所以需要将信号经过两级非门进行缓冲。接收完十六位数据后，判断前十位数据是否为引导码，如果不是则认为是干扰码如果是，则根据相应码值进行相应操作。为了观察是否有信号收到，我们充分利用凌阳单片机内建容量大的特点，加入语音播报提示是否有相应键按下。四系统测试和结果分析测试仪器信号源，数字示波器型调制度测量仪测试条件时间年月日温度。测试方法和结果波形频率测量范围使用产生单频率的信号，观察示波器上的频谱曲线，记录响应频率和测得的中心频率表频率范围测定频率分辨力测量产生调制度，频偏为的调幅波，改变频偏，观察显示频谱能否区分被调制信号和载波。设置扫频宽度，扫频中心频率为载波频率。表频率范围测定波形识别和中频测量产生等幅波，调节波形频率产生调幅波，调制度，调制信号频率为的调幅波，改变载频中心频频率产生调频波，频偏，调制信号频率为，改变载频中心频频率其他功能中心频率和扫频宽度可设置能在示波器上标出间隔为的频标采用液晶屏显示和红外键盘控制，界面友好具有语音播报功能，播报液晶屏上各项指标五分析和总结经过测试，各项指标均达到题目要求。由于选用作为混频后的中频，只需次变频即可到达所需中频，大大简化了硬件电路规模，使得制作和调试都比较容易。针对低中频时会产生的镜像干扰，我们设计了相应的算法来消除中频镜像干扰为提高频率分辨率，我们选择带宽较窄的陶瓷滤波器进行中频滤波，但由于频带较窄，为避免漏扫些频率，扫频步进间隔均为或更小，这样必然会延长扫描时间，如要减少扫描时间，可选用频带较宽的陶瓷滤波器。由于陶瓷滤波器通频带较窄，在中心频率周围频带内响应也不够平坦，故采集到的信号并不能精确反映信号的在该频率处的能量大小，这也是造成调幅信号两个边频分量大小不等的主要原因。考虑到本设计的误差主要来源于电磁信号对兆级小信号的干扰，我们采用以下