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摘 要

本课题为利用SOC设计低频矢量网络分析仪，主要运用于测量双T网络的幅频特性和相频特性。该分析仪主要使用C8051F005的单片机系统，可以产生数十kHz 上限频率的扫频信号，外围电路包括信号数据采集的预处理，液晶屏图像文字参数显示等功能。同时采用扫频方法进行电路的频率特性分析，利用SOC片上系统单片机内的DAC，可以产生DDS扫频信号。信号可以设置为点频，扫频，扫频信号的频率范围，扫频信号的幅度，频率步进等可以控制。将产生的正交扫频信号和被测网络信号通过相乘器模块，再经过低通滤波，之后经过放大模块，接入C8051F005中的AD进行采样，最后在显示屏上完成输出，显示对于被测信号的幅频特性和相频特性的测试。

关键词：C8051F005；DDS；SOC；幅频特性；相频特性

The design of low frequency vector network analyzer software based on SOC MCU

Abstract

The topic for the SOC design low frequency, vector network analyzer, which is mainly used in measurement of twin T network of the amplitude frequency characteristics and phase frequency characteristics. The analyzer is mainly used C8051F005 SCM system, can produce tens of kHz upper limit frequency sweep signal, the peripheral circuit including signal data acquisition pretreatment, LCD image text parameter display and other functions. At the same time, the frequency sweep method to analyze the frequency characteristics of circuit, by using the SOC on chip microcontroller system of DAC, can produce DDS frequency sweep signal. Signals can be set for frequency, sweep, sweep frequency signal in the frequency range and sweep frequency signal amplitude, frequency step control. Will produce orthogonal sweep frequency signal and measured signal network by multiplying module, through the low pass filter, after after amplification module, access C8051F005 AD sampling, finally on the screen to complete the output, showing for the signal measured by the amplitude frequency characteristics and phase frequency characteristics of the test.

Keywords: C8051F005; DDS; SOC; frequency characteristic; phase frequency characteristic

目录

摘 要 I

Abstract II

1.1 为何要研究网络分析仪？ 1

1.2 矢量网络分析仪的发展历程 1

1.3 课题介绍 2

第二章 课题方案设计及理论分析 3

2.1 方案描述 3

2.2 理论分析 3

第三章 硬件设计 5

3.1 系统主芯片C8051F005 5

3.2 模拟乘法器设计电路 5

3.3 低通滤波器设计电路 6

3.4 放大电路 6

3.5 系统所测电路 6

第四章 软件设计 7

4.1 Silicon Laboratories IDE 7

4.1.1 Silicon Laboratories IDE简介 7

4.1.2 Silicon Laboratories IDE软件操作 7

4.2 屏幕显示设计 8

4.2.1 图案和文字的显示 8

4.2.2 屏幕分层处理 8

4.3 软件流程框图 9

第五章 C8051F005系统及DDS系统 10

5.1 C8051F005系统概论 10

5.2 DDS系统概述 10

5.2.1 DDS简介 10

5.2.2 DDS主要性能指标 11

5.2.3 DDS的优点 11

5.2.4 DDS的缺点 12

第六章 其他主要系统 13

6.1 液晶屏显示系统 13

6.1.1 液晶显示器的原理 13

6.1.2 液晶显示屏的分类 13

6.2 键盘控制系统 14

6.2.1 键盘的特点 14

6.2.2 键盘接口方式 14

6.2.3 键盘的工作方式 14

致谢 17

参考文献 18

第一章 引言

1.1 为何要研究网络分析仪？

一个网络电路的传输特性如何，通常是需要仔细的测量才能知晓。电路的传输特性主要有：增益或衰减、幅频特性、相频特性和时延特性。本次课题，我们主要研究的传输特性是幅频特性和相频特性。在之前的测量中，人们常常采用的方式是点频测量法又称逐点测量法。顾名思义，在每个频率点上测量每个点的频率特性，这个方法特点就是原理相对简单，需要的设备也不复杂。与此同时，响应的缺点也很明显，他要逐点测量，操作起来非常的复杂，因此花费的时间也很多。并且由于测量的频率点是一些分散开的点，它们并不连续，非常容易遗漏掉某些特性突变点，所以就会导致测量的结果往往不是最真实的结果。另外如果我们想要改变电路的结构或元件参数时，之前测量的数据都会没有用，一切都要重新来过。随着时间的推移，社会不断的发展，电子系统也在不断的进步。逐渐的，我们需要测量的频率范围也越来越大，早期的这种点频法就显得力不从心了，这个时候，我们需要研究出一种新的测量方法去测量一些宽频带的电路系统。应运而生，扫频测量法出现了。根据先前的点频测量法，人们创造出新的测量方法：扫频测量法，这个方法是将分散开的测量点改为了连续不间断的扫频点。通过这种方法，再加上显示器的显示，就可以将电路系统的传输特性呈现为一个传输特性曲线，直观、明了的让测量人员知道传输特性。这个方法相较之前的点频测量法更加的快捷，工作效率也大大的提高了。

根据扫频测量法，人们研究出了一款仪器——网络分析仪。随着扫频技术的日益发展，网络分析仪也越来越智能。在大二的时候，电路基础这本书告诉我们，每一个电路都可以解析成为一个双T网络电路。一个网络电路的传输特性可以由这个网络电路的网络参数特性求得。而矢量网络分析仪的工作原理就是将一路信号通过被测的网络电路，观察网络电路对信号的频率和功率的影响，从而对网络参数特性的确定。本次课题，我们只要讨论的是低频矢量网络分析仪。

1.2 矢量网络分析仪的发展历程

相对于国内而言，国外对矢量网络分析仪的研究比国内进步得很多。美国Agilent公司和Anritsu公司以及ADV公司这三家公司从事研究开发矢量网络分析仪的工作已经很久了。当然，这些公司并不是万能的，他们产品的工作频率主要集中在射频、微波及其以上频率，在低频方面建树则不多，相对的，产品也很少。

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