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频率特性测量

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幅频特性是重要的传输特性。其曲线可以直观地反映出滤波器对不同频率的衰减程度。传统的幅频特性测量方法是在一系列规定的频率点上，逐点测量网络增益，从而确定幅频特性曲线，本文将采用单片机控制可编程滤波器实现低通幅频特性测试原理，它的中心思想就是构建一个通用化的硬件平台，根据不同要求，只需升级或改变控制程序就可完成多种功能。随着MOS工艺的迅速发展，由美信公司(MAXIM)生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，而且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等都可以通过编程进行设置。这就避免了传统的有源滤波电路需要较大的电容和精确的RC时间常数而且设计和调试都比较麻烦的难题。该器件是一种高精度可编程控制的通用滤波器，可以很好地满足这一需要。

一、系统设计思路及主要功能模块

根据幅频特性测试仪的特点，在设计时主要考虑结构的轻便，输出的测试信号精确、可程控，能自动进行数据采集，数据处理准确而快速，以及显示直观等方面。主控采用了Atmel公司的89C52单片机。此系列单片机已有许多成功的应用，保证了系统运行的稳定性。滤波器是此系统中极为重要的器件，需要能够改变滤波器的模式和参数以实现程控、自动功能。对可编程滤波芯片MAX263的中心频率以及品质因数进行设置。可方便选择带通、高通、低通、带阻和全通滤波模式。

整个系统的设计思路可概括为采用DDS技术产生可变时钟频率和扫频信号源，可变时钟频率改变滤波器截止频率，实现滤波器带宽可调，扫频信号经过滤波器，并通过有效值测量电路，实现幅频特性的测试和显示，以达到系统性能指标要求，工作可靠，用户界面友好。幅频特性测试系统的主要功能模块包括单片机外围电路、DDS外围电路、程控滤波电路、有效值测量电路、ADC转换电路。见系统结构框图1。

二、硬件电路

(一)扫频信号发生电路 AD9850内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。接上精密时钟源，AD9850可产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。AD9850接口控制简单，可以用8位并行口或串行口直接输入频率、相位等控制数据。32位频率控制字，在125MHz时钟下，输出频率分辨率达0.029Hz。频率转换时间为18个时钟频率。AD9850用5位控制相位，允许输出相位以180°、90 °、45 °、22.5 °、11.25 °及其任意组合的增量改变。AD9850还包括内部高速比较器，可产生低抖动的方波输出装置，这使得AD9850可用作灵敏的时钟发生器。通过外部的一个可调电阻，输出电流的幅度可被调节成10~20mA，输出电压可达到1V。先进的

CMOS工艺使AD9850不仅性能指标一流，而且功耗低，当在3.3V供电时，功耗仅为155mW;当在5V时，功耗仅为380mW。扩展工业级温度范围为-40℃~+85℃其封装是28引脚的SSOP表面封装。由此可知，AD9850对本系统而言具有足够高的精度和频率转换速度，同时跟其他型号的频率合成芯片相比较又具有低功耗，控制简单和性价比高的优点。

本文选用的是Atmel公司的单片机AT89S52，它与AD9850的接口既可采用并行方式，又可采用串行方式，但为了充分发挥芯片的高速性能，在单片机资源允许的情况下，本文选用总线方式并行接口方式。该方式占用的单片机资源较少，在这种方式下，AD9850仅作为一外扩芯片。AD9850的FQ_UD和W_CLK都是上升沿有效，用读写指令向AD9850传送控制字时，由74LS138选通片选，并经过或非门(74LS02)，在写的时候得到一个上升沿送到AD9850的W_CLK，此时已送到总线的数据被AD9850接收，连续5此将40位的控制字全部发送以后，用一个读操作指令产生FQ_UD信号，更新AD9850的输出频率和相位，此时读入单片机的数据实际无任何意义，仅仅满足时序要求。

(二)滤波电路

滤波电器由一片8255A、 四个LM324集成运放以及一片MAX263组成。首先对MAX263有14个可编程引脚，编程值0代表该端子接V-，编程值1代表该端子接V+。考虑到单片机的引脚有限，故采用总线方式外扩8255A，但8255A输出的逻辑电平为0和+5V，故需要把0电平转换为-5V，这可以通过集成运放LM324来实现，它内部有四个独立的运放。设计时，LM324输入正端接8255A的PA和PB端口，输入负端接2.5V(通过两个1K电阻串联取中间点电压)，LM324的电源接15V。运放的理想开环增益无穷大，但会被限幅到电源电压，故此电路输出接近15V，此时在LM324输出端接入两个大约4.3V的反向稳压管，输出端就可以得到5V电平输出。此方案调试通过，能完成低通、高通、带通等滤波功能。具体电路如图2所示：

滤波电路的功能是让指定频段的信号顺利通过，而对其他频段的信号起衰减作用。通过实际电路的设计制作、调试、测试，得到低通滤波电路、高通滤波电路、带通滤波电路的幅频特性曲线。通过对可编程滤波芯片进行设置，以实现特定的滤波功能。

(三)数据采集和处理电路

被测网络的输出信号经过真有效值转换芯片转换后，接到A/D转换芯片AD7715的输入端，转换后的数据由P1口送入微处理器，进行数据的计算、显示。AD637是高精度单片TRMS/DC转换器，可以计算各种复杂波形的真有效值，其误差低、频带宽。但AD637的输入阻抗低(仅为8kΩ)，所以，输入端应采用一级跟随器进行阻抗变换。AD7715的口线有三根，可以用口线模仿时钟和时序信号，本设计中使用P1.1口模拟SCLK时钟信号，P1.2与DI引脚相连，P1.3与DOUT引脚相连，P1.6与/DRDY相连，片选接地，复位信号接电源，AD7715基准源采用带隙精密基准源MC1403。

(四)显示电路

显示器采用目前较为常用的内置T6963C控制器的图形液晶显示模块MGLS240128T，共有横坐标240点，纵坐标128点，组成240×128的显示屏。模数转换后的数据送入微处理器后保存，然后调用编写的显示子程序，计算纵坐标的值和横坐标的值，这样就可确定该点在显示屏上的位置。每屏根据扫频次数决定显示的幅频特性曲线点数，通过点位置，在屏幕上绘制出指示在某频率处的幅值线段，实现直观显示。

为了使各部分硬件电路按一定顺序进行工作，在89C52的程序存储器内固化了用汇编语言编写的应用程序。其中有程序初始化、正弦信号分频子程序、正弦信号幅度控制子程序、数据采集子程序、信号处理子程序、键值处理子程序、显示画面子程序等。编写的应用程序，如图3系统软件流程图：

四、测量结果分析

在本系统调试通过后，测试过多组频率的幅频特性曲线，均能实现幅频特性功能。下面是在表1所示的低通滤波条件下，得到图4所示的幅频特性曲线图。从图中可以分析得到几点：第一，显示的幅频特性曲线说明了测试模式实现了低通滤波。第二，fclk/fo之比增大时，滤波器的幅频特性在通带外更加陡峭，但频带变窄;fc，fp由参数Q，fo确定。第三，参考MAX263的幅频特性，发现幅频曲线与计算值基本吻合。本系统工作基本稳定。作者简介：赵燕徐(1982-)，女，四川南充人，西华师范大学化学化工学院助教，

研究方向：通信与信息系统。

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系统频率特性的测试1

系统频率特性的测试1

系统频率特性的测试1

简介

在电子电路中，系统频率特性是非常重要的性能参数之一。系统频率特性指的是系统对输入信号频率的响应能力，通俗地说，就是系统对于不同频率的信号的处理能力。在设计一些高精度和高性能的电路的时候，对系统频率特性的测试就显得非常重要。在本文中，我们将介绍常见的系统频率特性测试方法，并针对其中的一种方法进行详细的介绍。

常见系统频率特性测试方法

Bode图法

Bode图法是一种基于频率响应的方法，用于描述系统对输入信号频率的响应能力。它通常通过Bode图来表示被测系统的频率特性。Bode图是以频率为横轴、输入输出响应幅值比或相位差为纵轴的图形。具体来说，Bode图法首先将被测系统激励输入电路，然后通过测量输出信号幅值和相位与输入信号的相对大小和差距来构建图形。

频率响应测试法

频率响应测试法是一种基于一个频率输入信号测量系统的输出响应的方法。具体操作过程是，选取一个频率范围作为输入信号，然后将各个频率的输入信号作为输入，测量对应的输出信号以得到系统的频率响应。这种方法会输出一个基于不同频率的幅值和相位差的表格，以及对应的曲线图。

载频测试法

又称为亚细分测试法，通过选取不同的载频对被测系统进行激励，测量电路的响应电流进行测试。在实际的应用中，亚细分测试法可以用来评估系统处理高频信号和噪音的能力。

系统频率特性测试方法之一：Bode图法

测试过程

Bode图法将被测系统激励输入电路，随后测量输出电路随频率变化的幅值和相位，将结果用Bode图进行展示。具体的测试步骤如下：

1. 激励输入电路。在实际测试中，往往选取的是一个正弦波作为输入信号，将其施加到被测系统中。 2. 测量输出信号的幅值和相位。使用输入信号激励电路后，使用测量设备测量输出信号随时间变化的幅值和相位。

3. 用Bode图展示幅值和相位的变化。将得到的幅值和相位数据绘制成Bode图，用以表示对应信号频率下的系统响应能力。

系统频率特性的测试实验报告

系统频率特性的测试实验报告

东南大学自动化学院

课程名称： 自动控制原理实验

实验名称: 系统频率特性的测试

姓 名: 学 号：

专 业： 实 验 室：

实验时间： 2013年11月 22日 同组人员：

评定成绩： 审阅教师：

一、实验目的:

（1)明确测量幅频和相频特性曲线的意义；

（2)掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法；

（3）利用幅频曲线求出系统的传递函数；

二、实验原理：

在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型,而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点.如果系统的各个部分都可以拆开，每个物理参数能独立得到,并能用物理公式来表达,这属机理建模方式，通常教材中用的是机理建模方式。如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量，不能用准确完整的物理关系式表达，真实系统往往是这样。比如“黑盒”，那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型，实验建模有多种方法.此次实验采用开环频率特性测试方法,确定系统传递函数。准确的系统建模是很困难的,要用反复多次，模型还不一定建准。另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode图设计控制系统就是其中一种。

幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即)()(ioUUA.测幅频特性时,改变正弦信号源的频率，测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值.

测相频有两种方法：

（1)双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端,同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波,测出波形的周期T和相位差Δt，则相位差0360Tt。这种方法直观，容易理解。就模拟示波器而言，这种方法用于高频信号测量比较合适.

频率特性测试_实验报告

频率特性测试_实验报告

频率特性测试_实验报告

实验名称：频率特性测试

实验目的：

1. 掌握频率特性测试的原理和方法。

2. 学习使用示波器进行频率特性测试。

3. 了解放大器的频率响应特性。

实验器材：

1. 示波器

2. 双极性电容

3. 电阻器

4. 信号发生器

5. 放大器

实验原理：

频率特性测试一般用于测试电路、放大器和滤波器等的频率响应特性。在示波器的帮助下，我们可以通过使用信号发生器生成一个带有不同频率的正弦波进行测试，在不同的频率下测量放大器输出的电压，这样就可以分析出放大器的频率响应特性。

实验步骤：

1. 将信号发生器连接到放大器的输入端，将放大器的输出端连接到示波器的通道1输入端。

2. 在信号发生器上设置正弦波频率为多个不同的值，例如100Hz、1kHz、10kHz。

3. 在示波器上设置通道1为AC耦合并调整垂直调节和水平调节，使正弦波信号在屏幕上呈现符合要求的波形。

4. 记录示波器上显示的放大器输出电压，并将记录的数值制成表格，便于后续分析。

实验结果分析：

通过实验数据，我们可以绘制出放大器的幅频响应曲线，以表现放大器在不同频率下的增益特性。在典型的幅频响应曲线中，我们会发现放大器的增益在低频时趋于平稳，在中频时达到峰值，在高频时进行了急剧的下降。

实验结论：

频率特性测试是一项非常常见的测试方法，适用于测试放大器、滤波器和其它电路的频率响应特性。通过本次实验，我们学习了使用示波器进行频率特性测试的方法和技巧，掌握了测试和分析放大器幅频响应曲线的能力，为后续电路设计和优化提供了有力的支持。

频率特性测量

频率特性测量

实验二 自控系统频率特性测量

一、实验目的

1、掌握测取系统或环节频率特性的基本方法；

2、由开环对数频率特性求取传递函数。

二、仪器、设备

微型计算机（安装有EWB软件或MATLAB软件） 1台

三、实验原理

线性系统（环节）在正弦信号输入下的稳态输出为一个与输入信号同频率的正弦信号，但其振幅和相位与输入信号不同，并随输入信号的频率变化而变化，测取不同频率下的输入输出信号的振幅比，相位差，即可求得该系统（环节）的幅频特性A（ω）相频特性φ（ω），从而获得该系统（环节）的频率特性G（jω）。

G（jω）= A（ω）e jφ（ω）

测取系统（环节）的频率特性的方法有几种，本实验采用函数发生器和频率测试仪来测试系统的频率特性：保持输入正弦信号幅值不变，估算出系统的转折频率后，设置输入信号的频率从系统（最低）转折频率的十分之一到（最高）转折频率的十倍范围，通过频率测试仪测得系统的频率特性。

图 1

四、实验内容：

1、)11.0(12)(1SSSG

（1）在EWB实验软件中构建一个开环传递函数为：)11.0(1)(1SSSG的实验模拟电路；

（2）测试频率范围（建议在系统（最低）转折频率的“十分之一”到（最高）转折频率的“十倍”的频率范围内），在此范围内选择至少12个点进行测量，并通过描点法画出系统波德图。

（3）测量出该系统的穿越频率c、相角裕量和幅值裕量gK。

（4）计算出该系统的穿越频率c、相角裕量和幅值裕量gK的理论值，并与测量出的实验值比较。

2、)11.0()9.01(6)(22SSsSG

（1）按同样的方法构建一个开环传递函数为：)11.0()9.01(6)(22SSsSG的单位反馈系统的实验模拟电路；

（2）测试频率范围（建议在系统（最低）转折频率的“十分之一”到（最高）转折频率的“十倍”的频率范围内），在此范围内选择至少12个点进行测量（选择本实验的12个点的频率与系统一相同），并通过描点法画出系统波德图。 函 数发生器 被 测系 统 频率测