第1页 / 共18页
第2页 / 共18页
第3页 / 共18页
第4页 / 共18页
第5页 / 共18页
第6页 / 共18页
第7页 / 共18页
第8页 / 共18页
2017年全国电子设计大赛H题设计报告（独家）.doc
1系统方案
1.1 信号发生器的论证与选择
1.2 放大器的论证与选择
1.3 频率特性测试仪的论证与选择
1.4 WiFi与路由器的论证与选择
1.4 双绞线的论证与选择
1.5 控制系统的论证与选择
1.6 上位机软件的论证与选择
2系统理论分析与计算
2.1 信号发生器的分析
2.1.1 输出频率分析
2.1.2 自动扫频分析
2.1.3 输出电压分析
2.2放大器的分析
2.2.1 输入阻抗分析
2.2.2 带宽分析
2.2.3 电压增益分析
2.3 频率特性测试仪的分析
2.3.1初始信号幅值、频率检测分析
2.3.2放大信号幅值检测分析
2.3.3 幅频特性曲线输出
2.4 远程测试装置分析
2.4.1双绞线传输
2.4.2 WiFi传输
3电路与程序设计
3.1电路的设计
3.1.1系统总体框图
3.1.2 信号发生器子系统框图与电路原理图
3.1.3 检波器子系统框图与电路原理图
3.1.4 放大器子系统框图与电路原理图
3.1.5电源
4测试方案与测试结果
4.1测试方案
4.2 测试条件与仪器
4.3 测试结果及分析
4.3.1测试结果(数据)
4.3.2测试分析与结论
附录1：电路原理图
附录2：源程序
第一页是空白页
2017 年全国大学生电子设计竞赛
远程幅频特性测试装置（H 题）
【本科组】
2
摘
要
本次设计综合利用 DDS 信号发生器、放大器与检波器和三块 STM32 单片机相
互配合连接，制作了一台远程伏频特性测试装置，其中 AD603 为放大器，AD9959
是 DDS 信号发生器，AD8362 为检波器。从而实现了信号的产生、信号的放大、
信号的测试与信号测试结果的传输功能。达到了只需配置好信号源参数，整个系
统即可正常工作的效果。最终经测试，多项性能指标可以完成并有所扩展。
关键字：信号发生器、放大器、检波器、STM32、传输
Abstract
This design combines the use of DDS signal generator, amplifier and detector
and three STM32 single-chip microcomputers with each other to create a remote
volt-frequency characteristic test device, which AD603 for the amplifier, AD9959 is
the DDS signal generator, AD8362 for the detector 未 找 到 图 形 项 目 表 。 .Thus
realizing the signal generation, signal amplification, signal testing and signal test
results of the transmission function. It is only necessary to configure the signal source
parameters,
test, a number of
performance indicators can be completed and expanded.
the whole system can work properly. The final
Keywords：Signal generator, amplifier, detector, STM32, transmission.
I
目
录
1 系统方案 ....................................................................1
1.1 信号发生器的论证与选择.................................................................................................1
1.2 放大器的论证与选择 ......................................................................................................... 1
1.3 频率特性测试仪的论证与选择.........................................................................................2
1.4 WiFi 与路由器的论证与选择 .............................................................................................2
1.4 双绞线的论证与选择......................................................................................................... 2
1.5 控制系统的论证与选择 .....................................................................................................2
1.6 上位机软件的论证与选择.................................................................................................3
2 系统理论分析与计算 ..........................................................3
2.1 信号发生器的分析 ............................................................................................................. 3
2.1.1 输出频率分析 ..........................................................................................................3
2.1.2 自动扫频分析 ..........................................................................................................3
2.1.3 输出电压分析 ..........................................................................................................3
2.2 放大器的分析...................................................................................................................... 3
2.2.1 输入阻抗分析 ..........................................................................................................3
2.2.2 带宽分析 .................................................................................................................. 3
2.2.3 电压增益分析 ..........................................................................................................4
2.3 频率特性测试仪的分析 .....................................................................................................5
2.3.1 初始信号幅值、频率检测分析...............................................................................5
2.3.2 放大信号幅值检测分析...........................................................................................5
2.3.3 幅频特性曲线输出 ..................................................................................................5
2.4 远程测试装置分析 ............................................................................................................. 5
2.4.1 双绞线传输............................................................................................................... 5
2.4.2 WiFi 传输 .................................................................................................................. 5
3 电路与程序设计 ..............................................................6
3.1 电路的设计 .......................................................................................................................... 6
3.1.1 系统总体框图........................................................................................................... 6
3.1.2 信号发生器子系统框图与电路原理图 ..................................................................6
3.1.3 检波器子系统框图与电路原理图 ..........................................................................7
3.1.4 放大器子系统框图与电路原理图 ..........................................................................8
3.1.5 电源........................................................................................................................... 9
4 测试方案与测试结果 ..........................................................9
4.1 测试方案 .............................................................................................................................. 9
4.2 测试条件与仪器................................................................................................................. 9
4.3 测试结果及分析................................................................................................................. 9
4.3.1 测试结果(数据)........................................................................................................ 9
4.3.2 测试分析与结论.....................................................................................................10
附录 1：电路原理图 ...........................................................11
附录 2：源程序 ...............................................................13
II
远程幅频特性测试装置（H 题）
【本科组】
1 系统方案
本系统主要由信号发生器（DDS）模块、放大器模块、频率特性测试仪模块、WiFi
与路由器模块、双绞线、上位机软件、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 信号发生器的论证与选择
方案一：采用分立元件和中小规模集成电路构成波形发生器。
该方案的优点：技术成熟，可供参考的资料较多。缺点：外围元器件多，调试工作
量较大，频率稳定度和准确度差，很难满足频率变化的范围要求，更难准确地实现频率
步进的要求。
方案二：利用专用直接数字合成 DDS 芯片 AD9834 实现波形发生器。
AD9834 芯片可以产生一个稳定的频率和相位且可数字化编程的模拟正弦波输出，
加上外围电路可实现三角波以及方波输出。但该芯片理论上在实际测试中，当频率达到
30MHz 左右时，波形产生了严重失真，而且该芯片无法直接控制输出电压幅值，再采
用运算放大器进行电压衰减，成本较高。
方案三：利用专用直接数字合成 DDS 芯片 AD9959 实现波形发生器。
AD9959 芯片也可以产生一个稳定的频率和相位且可数字化编程的模拟正弦波、方
波或三角波输出，可执行高达 16 阶的频率、相位或幅度调制，并且支持扫频功能，实
际测试中频率可超过 40MHz 且稳定不失真。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2 放大器的论证与选择
方案一：采用分立元件构成放大器。
该方案的优点：关于三极管以及场效应管构成的运算放大电路技术成熟，可供参考
的资料较多。缺点：外围元器件多，调试较为复杂，且很难满足通频带要求，增益较大
时，信号失真较为严重。
方案二：AD603 程控放大器模块。
通过 AD603 级联和末级固定放大实现的可调增益范围极大的程控放大器，经实际测
试，对 1KHz~45MHz 的输出信号纹波不超过 1db，增益范围为-20~60db，且增益可以通
1
过手动调节电位器控制增益。且在放大器默认输入电阻为 50Ω，在输入端串联 550Ω电
阻，可满足输入阻抗 600Ω的要求。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.3 频率特性测试仪的论证与选择
1.4 WiFi 与路由器的论证与选择
ATK-ESP8266 WiFi 模块为串口-无线 WiFi 模块，该模块使用串口（LVTTL）与 MCU
通信，内置 TCP/IP 协议栈，能够实现串口与 WiFi 之间的转换。该模块有三种模式：AP
模式、STA 模式和 AP+STA 模式。要求使用无线路由器中转，因此使用 STA 模式。而
STA 又分为三种子模式：TCP 客户端、TCP 服务器和 UDP 模式。的串口无线 STA 模式
中的 TCP 服务器子模式。该模块与无线路由器实现通信，然后通过设置路由器的 DHCP
服务器模式。
方案一：采用 STA 模式中的 UDP 模式进行传输。
无须比较位，传输简单，但是会在实际操作中会出现连接不稳定的情况。
方案二：采用 STA 模式中的 TCP 客户端模式进行传输。
客户端模式时计算机为服务器，需要手动触屏输入计算机的 IP 地址进行连接。
方案三：采用 STA 模式中的 TCP 服务器模式进行传输。
服务器模式无需在 MCU 端手动输入 IP 地址，此时计算机为客户端模式，因为之前
有保存过 Wi-Fi 模块端的 IP 地址，所以无需输入，可以直接连接到 Wi-Fi 模块。
综合考虑采用方案三。
1.4 双绞线的论证与选择
方案一：普通多股铜丝线。该线价格便宜，较为容易制作，使用方便。但是线内多
股铜丝阻抗较高，信号易受干扰，信号损耗极为严重，信号误码率较高。
方案二：国标超六类双绞线。其性能超过 TIA/EIA568C.2 六类线缆标准，传输频率
可高达 250MHz，传输时延低，具有高抗电磁干扰性，传输信号的误码率极低。
综合考虑采用方案二。
1.5 控制系统的论证与选择
方案一：STC89C52 单片机。编程简单，价格便宜，但是内部逻辑资源较少，带宽
为 8 位，处理速度较慢，难以满足高速 ADC 和 DAC 的要求。
方案二：STM32 单片机。该单片机采用 321 位 Cortex-M3 CPU，具有低功耗模式，
2
处理速度较快，I/O 口等资源多，可以满足高速 ADC 和 DAC 的要求。
综合考虑采用方案二。
1.6 上位机软件的论证与选择
方案一：使用 C#语言编写上位机软件。C#是面向对象的编程语言，功能强大，效
率较高，但是编写频率特性测试仪工作量较大。
方案二：使用 LabVIEW 编写上位机软件。LabVIEW 使用图形化编辑语言 G 编写程
序，是开发测量或控制系统的理想选择。且可以使用各种功能强大的虚拟仪器，编写实
时频率特性测试仪较为方便。
综合考虑采用方案二。
2 系统理论分析与计算
2.1 信号发生器的分析
2.1.1 输出频率分析
信号发生器采用 STM32 控制的 AD9959 DDS 模块。AD9959 最高采样频率可达到
500MSPS，具有 32 比特的频率分辨率、15bit 的相位分辨率以及 10bit 的幅度分辨率，
输出频率可实现 1Hz~180MHz，远高于 1MHz~40MHz 的要求。通过按键和 OLED 屏幕
显示可以实时调节输出频率和幅度。
2.1.2 自动扫频分析
STM32 时钟为 8MHz,使用定时器功能可以实现固定时间步进 1MHz 的扫描，扫频
时间和电压幅度可通过按键和 OLED 屏幕显示可以实时调节。定时器公式为：
2.1.3 输出电压分析
负载电阻为 600Ω时，调节信号源输出幅度，可实现输出电压 5mV~100mV 的调节。
2.2 放大器的分析
2.2.1 输入阻抗分析
输入采用的是 SMA 接口，输入阻抗为 50Ω，在后续测量中串联一 550Ω的输入阻
抗从而满足题目要求。
2.2.2 带宽分析
两级 AD603 的控制模式都选择 90MHZ 带宽模式，按照官方手册的连接方式来设
3
计电路，两级 AD603 的增益控制引脚直接短接，实现增益的同步设置；末级运放可以
根据实际需要来设计放大器增益，放大器连接方式为同向输入比例放大，其增益值由
R10 和 R9 的比值来确定，本模块默认放大 60dB（2 倍）
AD603 在 90M 带宽模式下的增益控制范围为-10~30dB，两级 AD603 级联后的增
益控制范围为-20~60dB，而本模块中为了使电路匹配 50 欧姆阻抗，在中间级联的电路
衰减了 2 倍（6dB），即第一级 AD603 和第二级 AD603 之间衰减了 2 倍。
两级调偏电路是为了调节 AD603 内部存在的失调电压，使输出无偏移，第一级的
调偏范围为正负 6.25mV，第二级的调偏范围为正负 15.6mV。
2.2.3 电压增益分析
由于 AD603 的有效值增益控制范围为-500mv~500mv，手动方式中，设电位器控制
电压 Va，取 R25=12K，则：
当电位器阻值最大时：
Va
5
10
25
K
10
R
K
当电位器最小时：
12
K
10
K
2270m
V
(1)
Va
0
V
图 1 增益控制电路
自动控制方式中，为了克服大多 DA 转换器只能输出正电压值的缺点，设计了一个减法电路，
AD603 最终的控制电压值通过双路运放运算得到。首先，外部 DA 跟随到下一级，然后通过差分运
算得到-500mV~500mV 的电压范围。
差分电路中，取 R18=20K，R19=10K，R23=10K，R24=820，则输出电压 VG 为：
VG
5
R
24
R
23
R
24
(
)
(1
R
19
R
18
)
V
DA
R
19
R
18
0.567
V
DA
2
500
mV
所以外部控制电压 VDA 为:
(2)
4
相关推荐
2023年江西萍乡中考道德与法治真题及答案.doc
2012年重庆南川中考生物真题及答案.doc
2013年江西师范大学地理学综合及文艺理论基础考研真题.doc
2020年四川甘孜小升初语文真题及答案I卷.doc
2020年注册岩土工程师专业基础考试真题及答案.doc
2023-2024学年福建省厦门市九年级上学期数学月考试题及答案.doc
2021-2022学年辽宁省沈阳市大东区九年级上学期语文期末试题及答案.doc
2022-2023学年北京东城区初三第一学期物理期末试卷及答案.doc
2018上半年江西教师资格初中地理学科知识与教学能力真题及答案.doc
2012年河北国家公务员申论考试真题及答案-省级.doc
2020-2021学年江苏省扬州市江都区邵樊片九年级上学期数学第一次质量检测试题及答案.doc
2022下半年黑龙江教师资格证中学综合素质真题及答案.doc
