教學(xué)用掃頻儀研究與設(shè)計(jì)

1、 北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文教學(xué)用掃頻儀研究與設(shè)計(jì)姓名:孫小禮申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師:李哲英2000.2.1托方交遞丈學(xué)碩士學(xué)位論文北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要教學(xué)用掃頻儀研究與設(shè)計(jì)電子與信息工程學(xué)院碩士研究生孫小禮.隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子測(cè)量技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步。測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合,出現(xiàn)智能電子測(cè)試儀器,使測(cè)試便捷、可靠,儀器的性能得到提升?；谥悄芑到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的電子測(cè)量設(shè)備,越來(lái)越多地被用到教學(xué)、科研和生產(chǎn)中,對(duì)人才培養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新以及提高產(chǎn)品質(zhì)量都起到重要作用土侖。電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)含量高、技術(shù)更新快,新技術(shù)的應(yīng)用,使儀器的性能

2、更可靠、更容易實(shí)現(xiàn)。電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)趨勢(shì)是更多采用數(shù)字技術(shù)。技術(shù)、技術(shù)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使儀器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨向軟件化。掃頻儀是現(xiàn)代電子工業(yè)的一種重要的電子測(cè)量?jī)x器,品種多,行業(yè)針對(duì)性強(qiáng),應(yīng)用廣泛。本論文首先針對(duì)電子教學(xué)的實(shí)際,提出設(shè)計(jì)教學(xué)用掃頻儀,并從實(shí)際出發(fā),討論了這種掃頻儀的指標(biāo)需求,以此作為后續(xù)具體設(shè)計(jì)的依據(jù)。接著本文討論了電子測(cè)量?jī)x器及掃頻裝置腳基本知識(shí)和相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù),著重討論了智能化儀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和頻率合成技術(shù),此外,還討論了技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的情況和應(yīng)用特點(diǎn),以及對(duì)信號(hào)參數(shù)測(cè)量的常用技術(shù)等等。根據(jù)指標(biāo)需求和相關(guān)技術(shù)的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了掃頻儀的總體結(jié)構(gòu)及具體實(shí)現(xiàn)方案。掃頻儀

3、方案以接口設(shè)計(jì)為中心環(huán)節(jié),突出設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性,注意新技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)微機(jī)接口和測(cè)量相差運(yùn)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對(duì)引入誤差的因素進(jìn)行定量分析,為進(jìn)一步提高掃頻儀,指明了途徑。與傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器相比,本掃頻儀作為智能電子測(cè)量?jī)x器的突出特點(diǎn)表現(xiàn)在:北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,儀器結(jié)構(gòu)模塊化,便于功能電路修改、升級(jí);,系統(tǒng)采用集中控制;,具有數(shù)據(jù)處理能力。本論文完成了掃頻儀硬件電路和軟件的設(shè)計(jì),系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)掃頻儀的基本功能,測(cè)量結(jié)果沒有全部達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。鼻靶方交通大學(xué)碗±學(xué)位論文, . . . . .,、.方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 . . ,. .,】 . . .北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文序 言現(xiàn)代電

4、子測(cè)試儀器一方面,應(yīng)用了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新成果,是先進(jìn)技術(shù)的綜合體現(xiàn);另一方面,先進(jìn)電子測(cè)試儀器的廣泛應(yīng)用,又極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,進(jìn)而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),提高人們的生活水平。因此,電子測(cè)試儀器越來(lái)越受到人們的關(guān)注。.電子測(cè)試儀器的發(fā)展趨勢(shì)隨著電子技術(shù)的空前發(fā)展,高新技術(shù)不斷涌現(xiàn),與之緊密相關(guān)的電子測(cè)試儀器更是日新月異,推陳出新。二十一世紀(jì),電予測(cè)試儀器會(huì)有更大發(fā)展。、儀器的智能進(jìn)一步增強(qiáng)微處理器的應(yīng)用迅速普及隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展,儀器系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)和儀器的界線將越來(lái)越模糊,體積也越來(lái)越小。比如,這些智能硬件能脫離操作系統(tǒng)直接指導(dǎo)測(cè)量和進(jìn)行測(cè)量。 .虛

5、擬儀器的功能進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬儀器是充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù),并可由用戶自己設(shè)計(jì)、自己定義的儀器。它由計(jì)算機(jī)、儀器模塊和軟件三部分組成。儀器模塊中的數(shù)據(jù)采集卡、卡、模塊等僅用于信號(hào)的輸入輸出,儀器的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展,為特定應(yīng)用人工配置儀器的概念將逐漸淡化,而用戶自己設(shè)計(jì)、定義的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,同一臺(tái)虛擬儀器可在更多場(chǎng)合應(yīng)用。比如:既可在電量測(cè)量、溫度測(cè)量中應(yīng)用,又可在振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)稱圖像等測(cè)量中應(yīng)用,甚至在網(wǎng)絡(luò)測(cè)控中應(yīng)用。對(duì)虛擬儀表的研究,我國(guó)剛起步,少數(shù)高校、研究單位做了一些工作,離要求還有很大差距,估計(jì)還要經(jīng)過(guò)若干年的努力,才有可能結(jié)出豐碩的果實(shí)。、儀器的標(biāo)準(zhǔn)化程度

6、進(jìn)一步提高年,在總線基礎(chǔ)上通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)志著測(cè)量?jī)x器從手動(dòng)向程控的過(guò)渡。年,儀器總線與微機(jī)總線結(jié)合,誕生了新代的標(biāo)準(zhǔn)儀器總線。這是微機(jī)總線在儀器應(yīng)用中的北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文擴(kuò)展”。儀器系統(tǒng)從分立的臺(tái)式和機(jī)架式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為更緊湊、工作速度更快的模塊式結(jié)構(gòu)。除此之外,這些年來(lái)還誕生了基于、的儀器,體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)成因索都很多,如何兼容現(xiàn)在有了很好的解決方案。今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)為更高層次上的標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)造了條件。為了更便于用戶使用,儀器制造廠商將同時(shí)對(duì)硬件和軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。將儀器細(xì)分成硬件模塊、驅(qū)動(dòng)程序和軟件開發(fā)平臺(tái)等若干層,對(duì)各層與相鄰層之間的接口都加以規(guī)范;軟硬件廠商都按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定開發(fā)各自的軟硬件產(chǎn)品

7、。比如:開發(fā)硬件模塊時(shí),考慮向上級(jí)提供標(biāo)準(zhǔn)接口滿足軟件規(guī)范。開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序時(shí),利用硬件模塊向其提供的標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的監(jiān)控;同時(shí)向上一級(jí)模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用接口,使高層軟件的設(shè)計(jì)與硬件無(wú)關(guān)。去年月,美國(guó)一些儀器廠商成立了可互換虛擬儀器基金會(huì),這個(gè)開放性的團(tuán)體以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的即插即用驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榛A(chǔ),提出了可互換虛擬儀器的思想,并為典型儀器如信號(hào)源、數(shù)字萬(wàn)用表、波形發(fā)生器、示波器、電源等規(guī)定了明確的軟件驅(qū)動(dòng)要求。設(shè)計(jì)儀器硬件時(shí),要求在統(tǒng)一的軟件規(guī)范下進(jìn)行,使其具有最佳的互換性能。標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果將使不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品或不同體系結(jié)構(gòu)如、/等的產(chǎn)品相互、標(biāo)準(zhǔn)串口、兼容。比如,可用基于或的示波器替代測(cè)試系統(tǒng)中

8、基于的示波器等。一臺(tái)正在使用的儀器壞了,需要更新或重校時(shí),用戶能夠很方便地用一臺(tái)同類儀器內(nèi)的不同儀器取而代之,而且不必改變測(cè)試代碼或重新編寫程序,這對(duì)于用戶意味著更加靈活、更加可靠,因?yàn)樗鼈儧]有與某種專門的體系結(jié)構(gòu)或因素聯(lián)系在一起。國(guó)外有人說(shuō): “信息產(chǎn)業(yè)正在從互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化中獲益,如查尋網(wǎng)頁(yè)。現(xiàn)在到了測(cè)試和測(cè)量工作這樣做的時(shí)候了。”最近,國(guó)內(nèi)科技人員也開始注意這種更高層面上的標(biāo)準(zhǔn)化了。至于具有標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)的儀器,將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷完善和提高。、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)迅速發(fā)展現(xiàn)在,儀器已有能力在網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)?？紤]遠(yuǎn)程測(cè)量/控制和集中數(shù)據(jù)收集/處理,儀器需要更強(qiáng)的有線無(wú)線連通性能,隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

9、進(jìn)步誕生的和靶方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文具有這種性能,它們必將在儀器應(yīng)用中發(fā)揮很大作用,并有力地促進(jìn)儀器和網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展。比如,在上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,用戶能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)/控制并獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。不必親臨現(xiàn)場(chǎng),即可對(duì)遠(yuǎn)方情況了如指掌,而且實(shí)時(shí)性非常好。一旦過(guò)程中發(fā)生問題,有關(guān)數(shù)據(jù)也會(huì)立即展現(xiàn)在用戶面前,以便采取措施包括向遠(yuǎn)方制造商咨詢等,可靠性大為增強(qiáng)。此外,多個(gè)用戶能同時(shí)對(duì)同一過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控,并可就自己感興趣的問題在世界范圍內(nèi)進(jìn)行訪問等?，F(xiàn)在,已是有成千上萬(wàn)個(gè)大大小小的網(wǎng)絡(luò)組成的高速網(wǎng)絡(luò)。它不僅連接了 多萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī),而且連信息型家電等也連了上去。不久的將來(lái),測(cè)量使用的儀器也將會(huì)融人上。為了保證上網(wǎng)和網(wǎng)

10、絡(luò)系統(tǒng)正常運(yùn)行,網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀器將緊跟其發(fā)展而發(fā)展。如:?轉(zhuǎn)換器,可用來(lái)將數(shù)據(jù)采集儀器的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成/協(xié)議的形式,然后上。又如:網(wǎng)絡(luò)聽診器,可用來(lái)迅速隔離網(wǎng)絡(luò)故障,提供網(wǎng)絡(luò)問題的解決方案,監(jiān)視關(guān)鍵設(shè)備/、服務(wù)器、客戶機(jī)、交換機(jī)、路由器和打印機(jī)等工作狀態(tài)。中國(guó)在網(wǎng)絡(luò)布線和因特網(wǎng)測(cè)試方面潛力很大,相關(guān)的儀器必將隨之發(fā)展。除此之外網(wǎng)絡(luò)化還醞釀著儀器創(chuàng)新的可能性。、儀器的基本品質(zhì)不斷完善可靠性等越來(lái)越受到重視國(guó)產(chǎn)儀表的可靠性不盡如人意。部分產(chǎn)品的質(zhì)量比較差,返修率高,平均無(wú)故障時(shí)間短。今后若干年,儀表的質(zhì)量問題將被列為首要解決的問題。制造廠商也紛紛開展質(zhì)量體系論證,切實(shí)加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì),改進(jìn)工藝和提高人員的素

11、質(zhì)。電磁兼容性能開始受到重視。電子設(shè)備幾乎都會(huì)產(chǎn)生干擾,也幾乎對(duì)干擾都敏感。要保證產(chǎn)生的干擾不超過(guò)限值,及在一定干擾的環(huán)境中能正常工作,就需要進(jìn)行試驗(yàn),以此發(fā)現(xiàn)問題,改進(jìn)設(shè)計(jì),滿足使用要求?，F(xiàn)在越來(lái)越多的產(chǎn)品已將列入技術(shù)指標(biāo)之中。安全性能是儀器儀表的另一項(xiàng)基本品質(zhì)。它對(duì)手持式儀器、醫(yī)療儀器等具有特殊重要的意義。對(duì)于這方面的要求往往具有強(qiáng)制性。北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文儀器功能擴(kuò)大,技術(shù)指標(biāo)更適合需要為了提高儀器的性能,使用新器件、新技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品將是主要手段。比如,將,等用到儀器儀表之中,則能有效地處理語(yǔ)音信息、圖像信息,擴(kuò)大輸出功率,增強(qiáng)靈活性,提高運(yùn)算速度和儀器的可靠性等等。綜上所述,我國(guó)電子

12、測(cè)試儀器已經(jīng)成為國(guó)際經(jīng)濟(jì)的一部分,機(jī)遇和挑戰(zhàn)都具有國(guó)際性。所以,只有順應(yīng)世界潮流,奮發(fā)圖強(qiáng),才可能占有一席之地。有理由相信,在和平與發(fā)展仍是當(dāng)今世界的兩大主題的國(guó)際形式下,在國(guó)內(nèi)改革開放深入人心的有利條件下,經(jīng)過(guò)一段虛心學(xué)習(xí),積極創(chuàng)新,我國(guó)的電子測(cè)試儀器是能夠成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。我國(guó)掃頻儀的狀況掃頻儀或稱頻率特性測(cè)試儀,含掃頻信號(hào)發(fā)生器是一種借助于頻率掃描的振蕩器,使信號(hào)通過(guò)被測(cè)網(wǎng)絡(luò),以幅頻、相頻、群時(shí)延、阻抗、頻率及反射系數(shù)等頻率特性,顯示出二維或三維圖形或數(shù)據(jù)的一種通用儀器。掃頻儀是描繪表征網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的儀器。它是在靜態(tài)逐點(diǎn)測(cè)量法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種快速、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、動(dòng)

13、態(tài)、多參數(shù)、直觀的精密測(cè)量工具.廣泛地應(yīng)用于電子工程等領(lǐng)域。掃頻術(shù)的發(fā)展,使近代電子工程的測(cè)試大大地簡(jiǎn)化;計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入,使人們有可能利用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀掃頻幅相對(duì)擁有數(shù)萬(wàn)個(gè)元件的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如相控陣無(wú)線進(jìn)行測(cè)試、調(diào)整。可以說(shuō),沒有掃頻技術(shù),近代電子工程的發(fā)展是不可思議的。同樣,家用電器如電視機(jī)、收錄機(jī)等的測(cè)試、調(diào)整也無(wú)一離得開掃頻儀。掃頻儀及掃頻信號(hào)發(fā)生器屬信號(hào)發(fā)生器這一門類,專為電視測(cè)量的掃頻儀等又分屬電視測(cè)量?jī)x器及有線電測(cè)量?jī)x器門類,掃頻技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了電磁激振喇叭頭式調(diào)容或調(diào)感式、電抗管式、移相調(diào)容或調(diào)阻式、應(yīng)用變的磁調(diào)制式、多諧振蕩式、變?nèi)莨苁健?duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行可變分頻式、對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)

14、行計(jì)算合成式等等。在微波頻/;方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文段有速調(diào)管反射電壓調(diào)制式、返波管式、電壓調(diào)諧磁控管式、應(yīng)用核磁自旋共振的釔鐵石榴石式等等。掃頻術(shù)的發(fā)展已有六卜余年歷史,而掃頻儀的出現(xiàn)則是在本世紀(jì)年代。電視工業(yè)的興起有力地推進(jìn)了掃頻儀技術(shù)的進(jìn)展。二次大戰(zhàn)期間雷達(dá)技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大地刺激了掃頻技術(shù)和掃頻儀的發(fā)展。年代以后,掃頻技術(shù)與測(cè)量技術(shù)相互促進(jìn),新技術(shù)、新元器件的廣泛應(yīng)用,使掃頻儀在門類及品種方面獲得更大的發(fā)展,形成了一項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)參加過(guò)掃頻儀研制、生產(chǎn)的單位近家,產(chǎn)品品種達(dá)到種。目前還有主營(yíng)廠、兼營(yíng)廠約家,產(chǎn)品相當(dāng)國(guó)際年代未、年代初的技術(shù)水平,少數(shù)產(chǎn)品已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。

15、另一方面,每年還需從美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的中高檔掃頻儀。也就是說(shuō),國(guó)內(nèi)掃頻儀的生產(chǎn),不論從品種、數(shù)量及技術(shù)上仍無(wú)法滿足需要。掃頻儀可有多種分類方法,常用的分類方法為:微波掃頻信號(hào)發(fā)生器分米波掃頻儀米波掃頻儀視頻掃頻儀低頻掃頻儀專用掃頻儀隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,掃頻儀的應(yīng)用面急速擴(kuò)大,其技術(shù)進(jìn)展在國(guó)外超過(guò)了一般的測(cè)量?jī)x器。掃頻裝置正以更多更新的技術(shù)功能、擴(kuò)展附件,使其逐步地取代其它常用儀表。我國(guó)掃頻儀的發(fā)展經(jīng)歷了進(jìn)口、仿制、開發(fā)三個(gè)階段。盡管我國(guó)掃頻儀技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,但與發(fā)達(dá)國(guó)家的掃頻技術(shù)仍有多年的差距。主要表現(xiàn)在頻段覆蓋范圍、多倍頻程掃頻、倍頻跟蹤濾波技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)

16、測(cè)試技術(shù)等方面。在產(chǎn)品的品種、數(shù)量、質(zhì)量、可靠性等方面也存在著明顯的差距。本論文的任務(wù)通過(guò)以上論述,可以歸納出以下幾點(diǎn):靶方交通太學(xué)碩士學(xué)位論文,我國(guó)在電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域,包括掃頻儀方面與世界先進(jìn)水平有較大的差距;,掃頻儀作為有效的測(cè)試工具,在電子工程領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛;,掃頻儀是技術(shù)含量商,應(yīng)用面廣,品種多的一類儀器,針對(duì)一定用途,就有特定性能的掃頻儀。然而,現(xiàn)在沒有適應(yīng)高校電子教學(xué)用的掃頻裝置。實(shí)際電子電路教學(xué)中,電路頻率響應(yīng)的認(rèn)識(shí)和理解,有助于對(duì)電路的時(shí)域特性和頻域特性的深入理解,對(duì)于認(rèn)識(shí)信號(hào)與系統(tǒng)的本質(zhì)有重大意義。然而,實(shí)際教學(xué)中缺少這方面直觀、便捷的測(cè)量手段:專業(yè)掃頻儀或譜分析儀測(cè)量精

17、度高、頻帶寬兆赫以上,直觀明了,但價(jià)格昂貴,需精心維護(hù),不可能在教學(xué)中大量采用、讓盡可能多的學(xué)生有實(shí)踐機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在實(shí)際教學(xué)中采用的辦法為:用一臺(tái)函數(shù)發(fā)生器一般頻率范圍為赫兆赫左右向被測(cè)電路,按不同頻點(diǎn)、一定幅度,順序發(fā)出一系列正弦波;同時(shí)用雙蹤示波器測(cè)量被測(cè)電路輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)的幅度值,二者的相位差值。這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn),往往要用一個(gè)多小時(shí),加上實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理和繪制被測(cè)電路的電路頻率響應(yīng),可能要更長(zhǎng)時(shí)間?，F(xiàn)在普遍存在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室資源緊張,而教學(xué)要求又不斷提高,任務(wù)量不斷加大。所以迫切需要一種經(jīng)濟(jì)、快捷可以很快地得出最終結(jié)果、直觀的教學(xué)測(cè)試手段,緩解資源緊張的矛盾,讓學(xué)生從簡(jiǎn)單、重復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作中解放出

18、來(lái),以適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)電子技術(shù)方面人才需求的快速增長(zhǎng),高等教育承擔(dān)的任務(wù)量不斷增多,社會(huì)需要學(xué)校多出人才、快出人才、出好人才的要求。從另外一個(gè)角度看,在我國(guó)高等教育正在快速發(fā)展,而且有巨大的增長(zhǎng)空間,為許多行業(yè)提供了可觀的市場(chǎng)空間。所以,設(shè)計(jì)定位于性能較好、能滿足教學(xué)實(shí)際的需要,同時(shí)使用經(jīng)濟(jì)的掃頻儀產(chǎn)品一定會(huì)有好的經(jīng)濟(jì)效益。本論文針對(duì)現(xiàn)在電子教學(xué)的這種情況,提出了一個(gè)教學(xué)用掃頻儀的實(shí)現(xiàn)方案,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)引入誤差的因素進(jìn)行定量分析。北方交通太學(xué)碩士學(xué)位論文,本文掃頻儀的設(shè)計(jì)指標(biāo)直觀地觀察,可以認(rèn)為掃頻儀由兩個(gè)子儀器組成,一個(gè)為掃頻信號(hào)發(fā)生器,一個(gè)是增益/相位測(cè)試儀。所以,掃頻儀與外界

19、的接口也對(duì)應(yīng)由兩部分組成:掃頻接口、測(cè)量接口,如圖一所示。這兩個(gè)接口完成的功能有兩個(gè)方面:第一個(gè)方面:使儀器對(duì)外部的被測(cè)電路有較強(qiáng)的適應(yīng)性。信號(hào)源部分可以對(duì)外多個(gè)檔次指幅度的正弦波輸出,測(cè)量部分可以測(cè)量較寬范圍的電路響應(yīng),同時(shí)保證既定的精度要求;第二個(gè)方面:使儀器對(duì)內(nèi)部的核心電路要求簡(jiǎn)化,從而使核心電路的設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立,性能指標(biāo)易于保證。對(duì)于信號(hào)源部分來(lái)說(shuō),信號(hào)源內(nèi)核電路只保證準(zhǔn)確的不同頻點(diǎn)輸出,幅度方面的要求某一個(gè)穩(wěn)定值,而幅度適應(yīng)性的要求由信號(hào)源部分的接口完成;對(duì)于測(cè)量部分來(lái)說(shuō),測(cè)量的內(nèi)核電路只保證一定范圍較窄內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量,而較大程度的適應(yīng)性由測(cè)量部分的接口保證。圖.掃頻儀的接口示意作為個(gè)智能

20、裝置的設(shè)計(jì),要求對(duì)接口能夠進(jìn)行程控,實(shí)現(xiàn)儀器智能化方面的要求。所以站在整體設(shè)計(jì)的基點(diǎn)上,以教學(xué)應(yīng)用的設(shè)計(jì)定位出發(fā)來(lái)看,掃頻儀接口是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。它的設(shè)計(jì)指標(biāo)是由教學(xué)的實(shí)際需求來(lái)決定的,也是內(nèi)部核心電路指標(biāo)的依據(jù)來(lái)源。接口設(shè)計(jì)的最終確定。反映了具體技術(shù)水平和實(shí)際問題解決程度的統(tǒng)一。如果要求很好地適應(yīng)各種實(shí)際情況,則要求擁有的技術(shù)水平就高,也必然意味著難以實(shí)現(xiàn);如果采用較容易運(yùn)用的技術(shù)方案,則解決實(shí)際問題時(shí),就有了局限。本設(shè)計(jì)就是限于一定范圍問題的解決方案,是實(shí)際問題的要求和具體技術(shù)的水平相互權(quán)衡的結(jié)果。托壽交通大學(xué)碩士學(xué)位論文根據(jù)電子工程基礎(chǔ)課一一低頻模擬電路的實(shí)際教學(xué)情況通常的教學(xué)用函數(shù)發(fā)生

21、器的頻率范圍為幾赫茲至或,頻率響應(yīng)測(cè)試電路的帶寬一般為幾十至幾百,測(cè)試電路一般為放大電路,幾倍至多倍和現(xiàn)有的技術(shù)水平,對(duì)掃頻接口提出以下要求:帶寬:;頻點(diǎn)范圍:;掃頻接口輸出的正弦信號(hào)幅度范圍:峰峰值,針對(duì)教學(xué)中的放大電路的測(cè)試,不考慮被測(cè)、電路為衰減的情況:輸出接口只提供峰峰值為、 、的正弦波信號(hào);測(cè)量接口輸入正弦信號(hào)幅度范圍:峰峰值:掃頻接口和測(cè)量接口的幅度傳輸精度:±%掃頻儀掃頻接口指標(biāo)確定后,掃頻儀的總體指標(biāo)就容易確定,列于如下:掃頻輸出的頻率分辨率:掃頻輸出的頻率穩(wěn)定度:掃頻輸出的幅度精度:±%幅度測(cè)量的精度:±%滿量程相差測(cè)量精度:度除邊界點(diǎn)相差測(cè)量范

22、圍: 度同時(shí)掃頻儀應(yīng)該操作便捷,能夠逐點(diǎn)對(duì)某一頻段進(jìn)行掃頻測(cè)量,能夠直觀地輸出被測(cè)電路的頻率特性?？梢钥吹?本方案性能指標(biāo)的確立區(qū)別于專業(yè)掃頻儀高精度、強(qiáng)適應(yīng)性的設(shè)計(jì)要求,體現(xiàn)了以教學(xué)實(shí)際出發(fā)的針對(duì)性,照顧了經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可行性,從而使方案的具體實(shí)現(xiàn)有一個(gè)合理基礎(chǔ)。北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器基本技術(shù)由于電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,推動(dòng)著相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)就是表現(xiàn)突出的行業(yè)之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電子儀器功能越來(lái)越強(qiáng)大,使用方便,智能化、網(wǎng)絡(luò)化是其發(fā)展趨勢(shì)。由于技術(shù)的不斷更新,一方面為電子測(cè)量?jī)x器提供了廣大的市場(chǎng)空間,另一方面也使電子測(cè)量?jī)x器具有不斷

23、適應(yīng)市場(chǎng),小批量,需要不斷改進(jìn)的行業(yè)特點(diǎn)。因此,采用科學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、最新技術(shù),使電子測(cè)量?jī)x表行業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。.智能化電子測(cè)量?jī)x器的基本結(jié)構(gòu)智能化電子測(cè)量?jī)x器一般是指采用了微處理器的電子測(cè)量?jī)x器。它并不是傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器和微處理器的簡(jiǎn)單組合,而是經(jīng)過(guò)綜合考慮后的重新設(shè)計(jì),體現(xiàn)了測(cè)量?jī)x器與微處理器一體化的思想。從物理結(jié)構(gòu)上看,微處理器內(nèi)含于電子儀器,微處理器及其支持部件是整個(gè)測(cè)試電路的一個(gè)組成部分。但從計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)來(lái)看,測(cè)試電路與鍵盤、顯示器等部件一樣,僅是計(jì)算機(jī)的一種外圍設(shè)備,如圖?所示。測(cè)試信號(hào)圖一智能儀器儀表的基本組成顯然,這是典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),與一般計(jì)算機(jī)的差別北方交通大學(xué)碩士學(xué)

24、位論文不僅在于它多了一個(gè)“專用外圍設(shè)備”一一測(cè)試電路,同時(shí),還在于它與外界的通訊通常通過(guò)?接口進(jìn)行。既然智能儀器具有計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),因此它的工作方式就和計(jì)算機(jī)一樣,因而與傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器差別較大”】。微處理器是整個(gè)智能儀器的核心,固化在內(nèi)的程序是儀器儀表的“大腦”,系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu),所有外部設(shè)備包括測(cè)試電路和存儲(chǔ)器都掛在總線上,微處理器對(duì)它們按地址進(jìn)行訪問。既然測(cè)試電路是微型計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備之一,因而在硬件上它們之問必然有某種形式的接口,從簡(jiǎn)單的三態(tài)門、譯碼器、/、/轉(zhuǎn)換器到程控接口等等。微處理器通過(guò)接口發(fā)出各種控制信息給測(cè)試電路,以規(guī)定功能、啟動(dòng)測(cè)量、改變工作方式等等。微處理器通過(guò)查詢或測(cè)試電路向

25、微處理器提出終端請(qǐng)求使微處理器及時(shí)了解測(cè)試電路工作狀況。當(dāng)測(cè)試電路完成一次測(cè)量后,微處理器度去測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工計(jì)算、變換等處理,最后以各種方式輸出,如送到顯示器顯示、打印機(jī)打印或送給系統(tǒng)的主控制器等等。雖然智能測(cè)量?jī)x器的測(cè)試電路,只是作為微型機(jī)的外圍設(shè)備而存在,因而儀器中引入微處理器后又可能降低對(duì)測(cè)試硬件的要求,但仍不能忽視測(cè)試硬件的重要性。有時(shí)提高其性能指標(biāo)的關(guān)鍵仍然在測(cè)試硬件的改進(jìn)。這一點(diǎn)在智能測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)過(guò)程中,始終是要注意的。智能儀器儀表的幾個(gè)主要特征:測(cè)試界面友好,性能提高。儀器的當(dāng)前狀態(tài),測(cè)量方式的調(diào)整,測(cè)量結(jié)果的快捷輸出等,可以方便的獲得或?qū)崿F(xiàn)。具有數(shù)據(jù)處理功

26、能,從而減輕了測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,可迅速測(cè)出結(jié)果,并以適當(dāng)?shù)娘@示方式輸出,由于來(lái)用了一些接口電路,故可用于遙控和遠(yuǎn)距離通訊,有利于信息的傳輸和保存。設(shè)計(jì)制造容易,使用維修簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,可靠性高。智能儀器儀表很大一部分設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)與研制時(shí)間短,制造較容易。使用方便、維修簡(jiǎn)單、靈活性大,只要改變的一些軟件內(nèi)容即可變換功能。集中控制。傳統(tǒng)電子儀器多數(shù)為分散控制,而智北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文能儀器則由微處理器集中控制。.單片機(jī)技術(shù)的概述單片機(jī)是一種特殊的超大規(guī)模集成電路,在國(guó)際上被“泛地稱為“微控制器”即。它的內(nèi)部含有微處理器,具有數(shù)據(jù)處理能力如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理等,可

27、以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能。單片機(jī)內(nèi)還有其它功能電路.如模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信接口電路、并行接口電路、顯示器或驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制輸出電路、模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、串行外設(shè)接口電路及通用/口等,這些電路能在軟件控制下方便、可靠、迅速地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所規(guī)定的任務(wù)。因此,單片機(jī)具有單片微處理器所不具備的功能,可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)所要求的智能化控制功能,這是單片機(jī)與微處理器的最大區(qū)別。對(duì)用戶而言,單片機(jī)只不過(guò)是一種功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路芯片,而不是一種象單板機(jī)或機(jī)那樣的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)與一般的單板機(jī)和微機(jī)開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別。單片機(jī)的應(yīng)用屬于芯片級(jí)應(yīng)用,需要用戶用單

28、片機(jī)芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng),要求用戶掌握單片機(jī)的基本技術(shù)特征和基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu),以及必要的集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)必需的基本理論及方法;微機(jī)的應(yīng)用則屬于系統(tǒng)工具級(jí)應(yīng)用,用戶即使不具備任何芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)和理論,也能從事某種開發(fā)和應(yīng)用工作特別是軟件開發(fā)工作。所謂單片機(jī)的基本技術(shù)特征,是指單片機(jī)的硬件特性和軟件特性。硬件特性包括單片機(jī)的功能特性例如單片機(jī)中是否含有用戶需要的功能電路及這些功能電路能否完全滿足應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求等、控制特性單片機(jī)內(nèi)各種電路的控制是否簡(jiǎn)單方便、對(duì)各種外部電路的控制是否安全快速等以及電氣特性如電源電壓、輸入輸出管腳工作條件、控制管腳時(shí)序、時(shí)鐘頻率等;軟件特性則包括指令系統(tǒng)

29、特性如尋址特性、數(shù)據(jù)處理特性、輸入輸出控制特性、邏邏輯處理特性等、開發(fā)方法,以及軟件可移植特性等。基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文的基本電路及其聯(lián)結(jié)技術(shù)。顯然,用戶只要掌握了單片機(jī)構(gòu)基本技術(shù)特征和基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu),就可以十分容易地根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)、開發(fā)出自己的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。目前在國(guó)際上流行的單片機(jī)主要是公司的如 、和公司的如、兩大系列,其中以系列的品種為最達(dá)多種型號(hào),圖?所示的是型號(hào)為單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。圖?結(jié)構(gòu)框圖下面簡(jiǎn)要介紹一下系列單片機(jī)的基本特點(diǎn):不同型號(hào)的芯片,其內(nèi)部的功能電路差別較大,實(shí)際使用時(shí)必須參考廠家提供的使用手冊(cè):程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址;只能工作

30、在單片模式,沒有擴(kuò)展模式;開發(fā)不同型號(hào)的單片機(jī),必須有專用的開發(fā)系統(tǒng)。技術(shù)的應(yīng)用隨著電子技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。推動(dòng)該潮流迅猛發(fā)展的引擎就是日趨進(jìn)步和完善的特定用途集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)。目前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以直接面向用戶需求,根據(jù)系統(tǒng)的北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文的行為和功能要求,自上而下地逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證,直到生成器件。上述設(shè)計(jì)過(guò)程除了系統(tǒng)行為和功能描述以外,其余所有的設(shè)計(jì)過(guò)程幾乎都可以用計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)地完成,也就是說(shuō)做到了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。這樣做可以大大地縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期,以適應(yīng)當(dāng)今品種多、批量小的電子市場(chǎng)的需求,提高產(chǎn)

31、品的競(jìng)爭(zhēng)能力。.?可編程邏輯器件掩膜出現(xiàn)于年代后期至年代初,是為某類型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的專用。大致可分為:門陣列電路,標(biāo)準(zhǔn)單元電路,可編譯單元電路,可編程邏輯電路和全定制電路,其中前四類電路又稱為“半定制電路”一般而言?！鞍攵ㄖ齐娐贰被虿捎脦в谢締卧摹澳钙庇址Q“基板”,或采用標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)單元。設(shè)計(jì)師所關(guān)心的只是利用這些標(biāo)準(zhǔn)單元,根據(jù)系統(tǒng)的要求來(lái)選擇布線方案以構(gòu)筑不同的系統(tǒng)。當(dāng)然,標(biāo)準(zhǔn)單元的意義己由早期的門、觸發(fā)器,擴(kuò)展到當(dāng)前的微處理器、存儲(chǔ)器等,這些規(guī)模較大的標(biāo)準(zhǔn)單元在專業(yè)上又稱為“核”?！叭ㄖ齐娐贰眲t從基本單元到整個(gè)系統(tǒng)均由系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)筑。所以當(dāng)今的專用已是:“,”系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須

32、清楚地了解各類的含義,以選取最適合自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)的芯片。/年代中期出現(xiàn)了復(fù)雜可編程邏輯器件,這類器件通常被稱為可編程專用。而前面介紹的稱掩膜?？删幊膛c掩膜相比,不同之處在于前者具有用戶可編程特性。利用可編程,電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可在辦公室或?qū)嶒?yàn)室中設(shè)計(jì)出所需的專用,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成,從而大大縮北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文短了產(chǎn)品的開發(fā)、上市時(shí)間,降低了開發(fā)成本。此外,可編程一般還具有靜態(tài)可重復(fù)編程或在線動(dòng)態(tài)重構(gòu)特性,使硬件的功能可象軟件一樣通過(guò)編程來(lái)修改,不僅使設(shè)計(jì)修改和產(chǎn)品升級(jí)變得十分方便,而且極大地提高了電子系統(tǒng)的靈活性和通用能力:可編程種類繁多,有早期的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列,低密度、引腳的可編陣列邏輯/

33、通用陣列邏輯/,及年代中后期出現(xiàn)的可擦可編程邏輯器件和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列等。主要是由可編程邏輯宏單元,圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中邏輯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,并具有復(fù)雜的/單元互連結(jié)構(gòu),可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu),完成一定的功能。由于內(nèi)部采用固定長(zhǎng)度的金屬線進(jìn)行各邏輯塊的互連,所以設(shè)計(jì)的邏輯電路具有時(shí)間可預(yù)測(cè)性,避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時(shí)序不完全預(yù)測(cè)的缺點(diǎn)。到年代,發(fā)展更為迅速,不僅具有電擦除特性,而且出現(xiàn)了邊緣掃描及在線可編程等高級(jí)特性。同時(shí)除了以為基礎(chǔ)加上內(nèi)部的.陣列外,另外外圍的/模塊擴(kuò)大了其在系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍和擴(kuò)展性。較常用的有公司的和及的。年公司率先推出了。.,在系統(tǒng)編程,并推出.系

34、列高密度器件。指采用直接或間接方式,對(duì)電子系統(tǒng)中的單個(gè)或多個(gè)器件進(jìn)行編程或改寫技術(shù),它可以達(dá)到對(duì)器件及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)的目的,其重構(gòu)時(shí)間可延續(xù)到系統(tǒng)完成以后。通常包含三類可編程資源:可編程邏輯功能塊,可編程/塊和可編程互連?？删幊踢壿嫻δ軌K是實(shí)現(xiàn)用戶功能的基本單元,它們通常排列成一個(gè)陣列,散布于整個(gè)芯片;可編程/塊完成芯片上邏輯與外部封裝腳的接口,常圍繞著陣列排列于芯片四周;可編程內(nèi)部互連包括各種長(zhǎng)度的連線線段和一些可編程連接開關(guān),它們將各個(gè)可編程邏輯塊或/塊連接起來(lái),構(gòu)成特定功能的電路。不同廠家生產(chǎn)的在可編程邏輯塊的規(guī)模,內(nèi)部互連線的結(jié)北方交通大學(xué)顥±學(xué)位論文構(gòu)和采用的可編程元件上

35、存在較大的差異。較常用的有,和公司的。一般用于邏輯仿真。電路設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)一個(gè)電路首先要確定線路也可用進(jìn)行行為及描述,然后作邏輯綜合,然后進(jìn)行軟件模擬及優(yōu)化,以確定所設(shè)計(jì)電路的功能及性能。然而隨著電路規(guī)模的不斷增大,工作頻率的不斷提高,將會(huì)給電路引入許多分布參數(shù)的影響,而這些影響用軟件模擬的方法較難直接反映出來(lái),所以有必要作硬件仿真。就可實(shí)現(xiàn)硬件仿真以做成模型機(jī)。將軟件模擬后的線路經(jīng)一定處理后下載到,就可很容易的實(shí)現(xiàn)模型機(jī),從該模型機(jī),設(shè)計(jì)者就可很直觀的測(cè)試其邏輯功能及性能指標(biāo)。目前由一些優(yōu)秀的軟件可將種的線路直接映射到標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)以制成版圖,這樣就保證了電路設(shè)計(jì)的正確性。的另一方面應(yīng)用就是直接利用

36、制成,但由于目前電路價(jià)格還比較昂貴,所以這種應(yīng)用只適用于少量、專用、整機(jī)價(jià)格本身就比較昂貴的場(chǎng)合。?硬件描述語(yǔ)言電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一是要求用形式化方法來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路,即要用所謂硬件描述語(yǔ)言來(lái)描述硬件電路。所以硬件描述語(yǔ)言及相關(guān)的仿真、綜合等技術(shù)的研究是當(dāng)今電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要課題”。硬件描述語(yǔ)言的發(fā)展至今已有幾十年的歷史,并已經(jīng)成功地應(yīng)用到系統(tǒng)的仿真、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)綜合等方面。到本世紀(jì)年代后期,已經(jīng)出現(xiàn)了上百種的硬件描述語(yǔ)言,它們對(duì)設(shè)計(jì)自動(dòng)化起到了促進(jìn)和推動(dòng)作用。但是,它們大多數(shù)各自針對(duì)特定的設(shè)計(jì)領(lǐng)域,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),從而使般用戶難以使用。廣大用戶所期盼的是種面向設(shè)計(jì)的多

37、層次、多領(lǐng)域且得到一致認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言。年代后期由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的恰好滿足了上述要求,并在好滿足耗方交通大學(xué)頸士學(xué)位論文了上述這樣的要求,并在年月由標(biāo)準(zhǔn)化定年進(jìn)一步修訂,被定為?標(biāo)準(zhǔn),為?/ 標(biāo)準(zhǔn)。它的出現(xiàn)為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化年有關(guān)的普及和推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明,語(yǔ)言業(yè)已被廣大設(shè)計(jì)者所接受,據(jù)稱已有%的設(shè)計(jì)者使用或即將使用語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。另外,眾多的廠商也紛紛使自己新開發(fā)的電子設(shè)計(jì)軟件與語(yǔ)言兼容。由此可見,使用語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的大勢(shì)所趨。從而使設(shè)計(jì)人員擺脫傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法的框框,使數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平上升到一個(gè)新的階段。一.兩種系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法的比較相對(duì)于

38、采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、特別是硬件描述語(yǔ)言來(lái)描述硬件電路的設(shè)計(jì)方法,原來(lái)人們一直采用的硬件電路設(shè)計(jì)方法,被稱為傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法。這兩種方法有各自的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法這種硬件設(shè)計(jì)方法主要有以下幾個(gè)主要特征。采用自下至上的設(shè)計(jì)方法自下至上的硬件電路設(shè)計(jì)方法的主要步驟是:根據(jù)系統(tǒng)對(duì)硬件的要求,詳細(xì)編制技術(shù)規(guī)格書,并畫出系統(tǒng)控制流圖;然后根據(jù)技術(shù)規(guī)格書和系統(tǒng)控制流圖,對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行細(xì)化,合理地劃分功能模塊,并畫出系統(tǒng)的功能框圖;接著就是進(jìn)行各功能模塊的細(xì)化和電路設(shè)計(jì);各功能模塊電路設(shè)計(jì)、調(diào)試完成后,將各功能模塊的硬件電路連接起來(lái)再進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試,最后完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。采用通用的邏輯

39、元、器件在傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)者總是根據(jù)系統(tǒng)的具體需要,選擇市場(chǎng)上能買到的邏輯元、器件,來(lái)構(gòu)成所要求的邏輯電路,從而完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。盡管隨著微處理器的出現(xiàn),在由微處理器及其相應(yīng)硬件構(gòu)成的系統(tǒng)中,許多系統(tǒng)的硬件功能可以用軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn),從而在較大程度上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì),但是,這種選擇通用北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文的元器件來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)硬件電路的方法并未改變。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的后期進(jìn)行仿真的調(diào)試在傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法中,仿真和調(diào)試通常只能在后期完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以后,才能進(jìn)行。因?yàn)檫M(jìn)行仿真和調(diào)試的儀器一般為系統(tǒng)仿真器、邏輯分析儀和示波器等。因此只有在硬件系統(tǒng)已經(jīng)構(gòu)成以后才能使用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)

40、時(shí)存在的問題只有在后期才能較容易發(fā)現(xiàn)。這樣,傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員有較高的要求。一旦考慮不周,系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在較大缺陷,那么就有可能要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng),使得設(shè)計(jì)周期也大大增加。主要設(shè)計(jì)文件是電原理圖在用傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試完畢后,所形成的硬件設(shè)計(jì)文件,主要是由若干張電原理圖構(gòu)成的文件。在電原理圖中詳細(xì)標(biāo)注了各邏輯元器件的名稱和互相間的信號(hào)連接關(guān)系。該文件是用戶使用和維護(hù)系統(tǒng)的依據(jù)。對(duì)于小系統(tǒng),這種電原理圖只要幾十張至幾百?gòu)埦托辛?。但?如果系統(tǒng)比較大,硬件比較復(fù)雜,那么這種電原理圖可能要有幾千張、幾萬(wàn)張,甚至幾十萬(wàn)張。如此多的電原理圖給歸檔、閱讀、修改和使用都帶來(lái)了極大的不

41、方便。傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法已經(jīng)沿用幾十年,是目前廣大電子工程師所熟悉和掌握的一種方法。但是,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已大大落后于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展。一種嶄新的,采用硬件描述語(yǔ)言的硬件電路設(shè)計(jì)方法已經(jīng)興起,它的出現(xiàn)將給硬件電路設(shè)計(jì)帶來(lái)一次重大的變革。利用硬件描述語(yǔ)言的硬件電路設(shè)計(jì)方法在硬件電路設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),一般來(lái)說(shuō)到年代才得到了普及和應(yīng)用。在一開始,僅僅是利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)印刷板的布線,以后慢慢地才實(shí)現(xiàn)了插件板級(jí)規(guī)模的電子電路的設(shè)計(jì)和仿真。它們的出現(xiàn),使得電子電路設(shè)計(jì)和印刷板布線工藝實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。但是,就其設(shè)計(jì)方法而言,仍是自下至上的設(shè)計(jì)方法,

42、利用已有的邏輯元器件來(lái)構(gòu)成硬件電路。隨著大規(guī)模專用集成電路的開發(fā)和研制,為了提高開發(fā)的效率,增加已有開發(fā)成果的可繼承性以及縮北方交通大學(xué)碗士學(xué)位論短開發(fā)時(shí)間,各研制和生產(chǎn)廠家相繼開發(fā)了用于各自目的的硬件描述語(yǔ)言。其中最有代表性的是美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的語(yǔ)言,以及日本電子工業(yè)振興協(xié)公司開發(fā)的會(huì)開發(fā)的/語(yǔ)言。所謂硬件描述語(yǔ)言,就是可以描述硬件電路的功能,信號(hào)連接關(guān)系及定時(shí)關(guān)系的語(yǔ)言。它能比電原理圖更有效地表示硬件電路的特性。利用硬件描述語(yǔ)言編程來(lái)表示邏輯器件及系統(tǒng)硬件的功能和行為,這是該設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要特征。利用語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的方法,歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)特點(diǎn):的設(shè)計(jì)方法采用自上至下所謂自上至下的設(shè)計(jì)方

43、法,就是從系統(tǒng)總體要求出發(fā),自上至下地逐步將設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)化,最后完成系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計(jì)。在利用的硬件設(shè)計(jì)方法中,設(shè)計(jì)者將自上至下分成個(gè)層次對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中可大量采用芯片由于目前眾多的制造芯片的廠家,它們的工具軟件都可支持語(yǔ)言的編程,因此,硬件設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí),無(wú)須受只能使用通用元、器件的限制,而可以根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)需要,設(shè)計(jì)自用的芯片或可編程邏輯器件。這樣最終會(huì)使系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)更趨合理,體積也可大為縮小。采用系統(tǒng)早期仿真從自上至下的設(shè)計(jì)過(guò)程可以看到,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中要進(jìn)行三級(jí)仿真,即行為層次仿真、層次仿真和門級(jí)層次仿真。也就是說(shuō)進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的仿真、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流行的仿真和系統(tǒng)門電

44、路電原理的仿真。這級(jí)仿真貫穿系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的全過(guò)程,從而可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題。與自下至上設(shè)計(jì)的后期仿真相比可大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期,節(jié)約大量的人力和物力。降低了硬件電路設(shè)計(jì)難度在采用傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法時(shí),往往要求設(shè)計(jì)者電路前應(yīng)寫出該電路的邏輯表達(dá)式或真值表或時(shí)序電路的狀態(tài)表。這一工作是相當(dāng)困難和繁雜的,特別是在系北方交通大學(xué)碗士學(xué)位論文統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)更是如此。在用語(yǔ)言設(shè)計(jì)硬件電路時(shí).就可以使設(shè)計(jì)者免除編寫邏輯表達(dá)式或真值表之苦。這樣使硬件電路的設(shè)計(jì)難度有了大幅度的下降,從而也縮短了硬件電路的設(shè)計(jì)周期。據(jù)有關(guān)資料估計(jì),僅此一項(xiàng)可使設(shè)計(jì)周期大約縮短/。主要設(shè)計(jì)文件是用語(yǔ)言編寫的源

45、程序在傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)中,最后形成的主要文件是電原理圖,而采用語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路時(shí),主要的設(shè)計(jì)文件是用語(yǔ)言編寫的源程序。如果需要也可以轉(zhuǎn)換成電原理圖形式輸出。用語(yǔ)言的源程序作為歸檔文件有很多好處。其一是資料量小,便于保存。其二是可繼承性好。當(dāng)設(shè)計(jì)其它硬件電路時(shí),可以使用文件中的某些庫(kù)、進(jìn)程和過(guò)程等描述某些局部硬件電路的程序。其三是閱讀方便。閱讀程序比閱讀電原理圖要更容易一些。閱讀者很容易在程序中看出某硬件電路的工作原理和邏輯關(guān)系。而閱讀電原理圖,推知其工作原理卻需要較多的硬件知識(shí)經(jīng)驗(yàn),而且看起來(lái)也不那么一目了然。本章小結(jié)本章針對(duì)現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器高性能、快速更新的市場(chǎng)要求,對(duì)智能化測(cè)量?jī)x器系

46、統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析和討論。討論結(jié)果指出,對(duì)電子測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)要從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的角度出發(fā)、考慮方便地?cái)U(kuò)充性,應(yīng)采用智能化測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使得系統(tǒng)模塊化并使軟件在提升儀器性能方面發(fā)揮更大的作用。同時(shí)討論了單片機(jī)技術(shù)和技術(shù)的特點(diǎn),指出充分應(yīng)用這些技術(shù),可以有效地提高電子測(cè)量?jī)x器的性能,快速地開發(fā)新產(chǎn)品,增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?；ǚ浇煌ù髮W(xué)碩士學(xué)位論文第二章現(xiàn)代掃頻測(cè)量?jī)x器的基本技術(shù)掃頻測(cè)量?jī)x器的基本核心是如何保證按要求發(fā)出正確的激勵(lì)信號(hào)和準(zhǔn)確測(cè)量響應(yīng)。信號(hào)是一個(gè)綜合的物理量,包含頻率、幅度、噪聲等多方面的要求,本章從頻率合成、信號(hào)源結(jié)構(gòu)、信號(hào)評(píng)價(jià)以及測(cè)量技術(shù)等方面進(jìn)行介紹。.頻率合成技術(shù)將一個(gè)高

47、穩(wěn)定度和高精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)加、減、乘、除的四則運(yùn)算,產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的技術(shù),稱之為頻率合成技術(shù)。按頻率合成技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,可將頻率合成的方法分為兩大類:直接合成法和間接合成法。按其型式可分為三大類:直接式頻率合成器,鎖相式頻率合成器和直接數(shù)字式頻率合成器【。.直接頻率合成器在直接頻率合成器中,基準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)脈沖形成電路產(chǎn)生諧波豐富的窄脈沖。經(jīng)過(guò)混頻、分頻、倍頻、濾波等進(jìn)行頻率變換和組合,最后產(chǎn)生大量離散頻率的信號(hào),如圖.所示。例如,為了從晶體振蕩器中獲得頻率為.的信號(hào),可以先將信號(hào)經(jīng)分頻后,得到基準(zhǔn)為的標(biāo)頻信號(hào)。然后將信號(hào)輸入諧波發(fā)生器中產(chǎn)生各次諧波。從諧彼發(fā)生器選出信號(hào),

48、經(jīng)分頻器除變換為.信號(hào)。從諧波發(fā)生器再選出信號(hào),使它與.信號(hào)同時(shí)送入混頻器進(jìn)行混頻,得到.,信號(hào)。經(jīng)濾波器選出.信號(hào)并除后,得到.信號(hào),再將它與從諧波發(fā)生器選出的信號(hào)進(jìn)行混頻,得到.,等信號(hào)。經(jīng)濾波器選出信號(hào)再經(jīng)過(guò)次倍頻后,得到所需的.信號(hào)。從圖.看出,為了得到.的頻率信號(hào),只須把頻率合成器的開關(guān)放在,的位置北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文上即可。采用同樣的方法,就可得到其它所需要的頻率信號(hào)。例如需要得到.的頻率信號(hào),只須把開關(guān)放在,的位置上即可。魁器排嬲器丑一黻.幾翮【刪怔洲?.,上、,、五罡.豇蘭圖一直接式頻率合成器的原理方框圖直接合成方法的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短,并能產(chǎn)生任意小數(shù)值的頻率增量。但是

49、,它也存在著缺點(diǎn),用這種方法合成的頻率范圍將受到限制,更重要的是由于采用了大量的倍數(shù),混頻,分頻,濾波等裝置,使頻率合成器不僅帶來(lái)了龐大的體積和重量,而且輸出的諧波、噪聲及寄生頻率均難以抑制。.鎖相頻率合成法鎖相頻率合成器通過(guò)晶體振蕩器標(biāo)頻信號(hào),在給定頻率范圍內(nèi),能得到與該晶振穩(wěn)定度相同的大量離散頻率的信號(hào)。下面說(shuō)明以脈控鎖相法和數(shù)字鎖相法實(shí)現(xiàn)頻率合成的工作原理。一、脈控鎖相法脈控鎖相式頻率合成器是一種鎖相電壓控制振蕩器。嬲大學(xué)碩士學(xué)位論文其振蕩頻率通過(guò)鎖相環(huán)路受晶體振蕩器的諧波控制,如圖?所示。圖鎖相式頻率合成器方框圖圖中壓控振蕩器的輸出信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的諧波在鑒相器里進(jìn)行相位比較。當(dāng)振蕩頻率

50、調(diào)整到接近于基準(zhǔn)信號(hào)的某次諧波頻率時(shí),環(huán)路就能自動(dòng)地把振蕩頻率鎖定在這個(gè)諧波頻率上。例如當(dāng)振蕩頻率調(diào)整到接近于基準(zhǔn)頻率為信號(hào)的 次諧波時(shí),壓控振蕩器輸出信號(hào)就能自動(dòng)地鎖定到,的頻率上。這種頻率合成器的最大優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以得到較高指標(biāo)。但是,由于它是利用基準(zhǔn)信號(hào)的諧波頻率作為參考頻率,故要求壓控振蕩器的精度必須在±內(nèi),如超出這個(gè)范圍將會(huì)錯(cuò)誤地鎖定在鄰近的諧波上,因而造成選擇頻道困難,同時(shí)對(duì)調(diào)諧機(jī)構(gòu)性能要求也較高。并且倍頻次數(shù)越高,分辨力就越差。因此,這種方法提供的頻道數(shù)是有限的。二、數(shù)字鎖相法數(shù)字式頻率合成器是鎖相式頻率合成器的一種特例,其區(qū)別在于鎖相環(huán)路中插入可變分頻器,如圖

51、所示。圖.數(shù)字式頻率合成器的方框圖這種頻率合成器采用了數(shù)字控制的部件,壓控振蕩器的輸出信號(hào)在與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相位比較之前先進(jìn)行次分頻,壓控振蕩器的輸出頻率由分頻比來(lái)決定。當(dāng)環(huán)路鎖北方交通大學(xué)碩士學(xué)位論文定時(shí),壓控振蕩器的輸出頻率與基準(zhǔn)頻率的關(guān)系是。從這個(gè)關(guān)系式看出,數(shù)字式頻率合成器是一種數(shù)字控制的鎖相倍頻器。其輸出頻率是基準(zhǔn)頻率的整數(shù)倍。通過(guò)頻率選擇開關(guān)改變分頻比,使壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率將被,如控制在不同的頻道上。例如,假設(shè)基準(zhǔn)頻率.,則壓控振蕩器的輸出頻率果控制可變分頻比一將為 .頻率間隔為。因此,數(shù)字式頻率合成器可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)可變分頻器的分頻比,就能提供頻率間隔小的大量離散頻率的信號(hào)。這種頻率合成法的主要優(yōu)點(diǎn)是鎖相環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)窄帶跟蹤濾波器,具有良好的窄帶跟蹤濾波特性和抑制輸入信號(hào)的寄生干擾