一种远程幅频特性测试仪

1.本实用新型涉及冰箱用搁物架技术领域，具体为一种远程幅频特性测试仪。


背景技术：

2.幅频特性测试仪是测量各类设备传输特性的仪器，是线性系统频域测量的重要仪器之一。目前市场上的幅频特性测试仪分为模拟式和数字式两种，传统的模拟式幅频特性测试仪体积庞大且无法保存幅频特性曲线，而数字幅频特性测试仪成千上万的价格对于低端应用场合的用户来说是非常昂贵的，并且硬件设计复杂，功耗大，而且使用时还需配备能够输出扫频信号的信号发生器；而现有的幅频特性测试仪存在价格昂贵，体积庞大，使用不便等问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：
4.本实用新型一种远程幅频特性测试仪，包括微控制器模块、dds信号发生器模块、agc信号放大器模块和幅值检测模块；所述agc信号放大器模块经dds信号发生器模块与微控制器模块，所述幅值检测模块与微控制器模块连接；所述幅值检测模块用于对待测电路的输出端的幅值信息进行采集；
5.微控制器模块控制dds信号发生器模块输出幅频特性测试所需的正弦扫频信号，正弦扫频信号经agc信号放大器模块放大后幅值稳定后，接至待测电路的输入端，待测电路的输出信号经过幅值检测模块转换为含有正弦扫频信号幅值信息的直流电压，并传递给微控制器模块，由微控制器模块采样并计算出待测电路输出的正弦扫频信号的幅值；
6.还包括与微控制器模块连接的通信模块，所述微控制器模块经通信模块与上位机进行连接。
7.作为本实用新型的一种优选技术方案，还包括与微控制器模块连接的液晶显示屏模块。
8.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述微控制器模块采用的是stm32f407zet6处理芯片。
9.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述dds信号发生器模块采用的是ad9959集成芯片，且所述ad9959集成芯片与stm32f407zet6处理芯片之间采用的是spi总线通信模式。
10.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述通信模块为wifi通信模块。
11.本实用新型的有益效果是：
12.该种远程幅频特性测试仪通过高性能单片机stm32f407zet6控制ad9959信号发生器模块，实现了等幅扫频信号输出，通过幅值检测电路和wifi模块，实现了近程和远程幅频特性测试，具有硬件简单，成本低，体积小等特点。
附图说明
13.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
14.图1是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的系统框图；
15.图2是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的微控制器模块的电路图；
16.图3是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的ad9959的电路图；
17.图4是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的agc信号放大器模块的电路图；
18.图5是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的幅值检测模块的电路图；
19.图6是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的主程序流程图；
20.图7是本实用新型一种远程幅频特性测试仪的扫频信号发生界面；
21.图8是本实用新型一种远程幅频特性测试仪测得的幅频特性曲线。
22.图中：1、微控制器模块；2、dds信号发生器模块；3、agc信号放大器模块；4、幅值检测模块；5、待测电路；6、通信模块；7、液晶显示屏模块。
具体实施方式
23.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.实施例：如图1所示，本实用新型一种远程幅频特性测试仪，包括微控制器模块1、dds信号发生器模块2、agc信号放大器模块3和幅值检测模块4；所述agc信号放大器模块3经dds信号发生器模块2与微控制器模块1，所述幅值检测模块4与微控制器模块1连接；所述幅值检测模块4用于对待测电路5的输出端的幅值信息进行采集；
25.微控制器模块1控制dds信号发生器模块2输出幅频特性测试所需的正弦扫频信号，正弦扫频信号经agc信号放大器模块3放大后幅值稳定后，接至待测电路5的输入端，待测电路5的输出信号经过幅值检测模块4转换为含有正弦扫频信号幅值信息的直流电压，并传递给微控制器模块1，由微控制器模块1采样并计算出待测电路输出的正弦扫频信号的幅值；
26.还包括与微控制器模块1连接的通信模块6，所述通信模块6为wifi通信模块；所述微控制器模块1经通信模块6与上位机进行连接。通过高性能单片机stm32f407zet6控制ad9959信号发生器模块，实现了等幅扫频信号输出，通过幅值检测电路和wifi模块，实现了近程和远程幅频特性测试，具有硬件简单，成本低，体积小等特点。微控制器模块控制ad9959信号发生器模块输出幅频特性测试所需的正弦扫频信号，扫频信号经agc信号放大器模块放大后幅值稳定为1v，接至待测电路的输入端，待测电路输出信号经过幅值检测模块转换为含有正弦扫频信号幅值信息的直流电压，由微控制器模块进行ad采样并计算出待测电路输出的正弦扫频信号的幅值，经过微控制器模块的计算得到待测电路在对应频率下的增益数据，最后通过多次测试，得到待测电路在不同频率下的增益数据，并根据增益数据绘制待测电路的幅频特性曲线，在液晶显示屏或者上传至上位机进行显示，上位机可以为pc电脑。
27.还包括与微控制器模块1连接的液晶显示屏模块7，可进行近程显示。
28.所述微控制器模块1采用的是stm32f407zet6处理芯片，属于stm32f4系列单片机，
其采用了90nm的nvm工艺，内置512kb的flash程序存储器，并具有(192 4)kb的sram，是一款高性能单片机。微控制器模块1是系统的核心，控制dds信号发生器模块输出测试所需的正弦信号、完成液晶屏显示控制的人机交互等操作。微控制器模块1的电路图如图2所示，jp1为连接2.8寸tft-lcd电阻触摸屏的接口，jp2为连接ad9959信号发生模块的接口。
29.所述dds信号发生器模块采用的是ad9959集成芯片，且所述ad9959集成芯片与stm32f407zet6处理芯片之间采用的是spi总线通信模式。其由ad9959集成芯片、外围电路和低通滤波器组成。微控制器模块1控制ad9959输出一系列不同频率的正弦信号，即扫频信号。dds信号发生器模块的电路如图3所示。在本设计中ad9959与stm32单片机之间采用spi总线通信模式，其中ad59_sclk是spi时钟信号线；ad59_cs是spi总线的片选信号线；ad59_sd0为双向数据引脚线，ad59_cs、ad59_sd0和ad59_sclk分别与单片机pc5、pb12和pc4相连。ad9959最多可以输出4路信号，分别为ch0、ch1、ch2和ch3端口。为了滤除高频杂波，信号输出端连接4阶低通滤波器。
30.由于ad9959输出的扫频信号幅值最高只有0.5v，且驱动能力弱，幅值波动大，所以需要经过agc信号放大器模块模块进行信号放大后才能用于幅频特性测试。为了得到电压幅值稳定的10khz-10mhz频率范围的正弦波信号，本项目采用由vca821压控增益放大芯片、opa695电流反馈运算放大器芯片和opa820电压反馈运算放大器组成的自动增益控制(agc)放大器模块，放大器模块电路如图4所示。在图4中opa695组成的电路为同相放大器，主要目的是提升总电路的负载能力；由opa820反向积分器与二极管d1组成的电路，主要是产生agc控制电压，当opa695的输出电压峰值低于opa820_vref时，二极管反向偏置，此时二极管虽然截止，但由于在反向电压的作用下二极管会形成反向漏电，这些电流将对积分电容进行充电，充电的方向是从左到右，从而让积分器的输出电压升高，并使vca821的vg端(控制端)的电压升高，使压控增益放大器的增益也能随之增加，达到输出信号幅值变大的目的，反之同理。由此可见在此模块中可以通过调节opa820_vref的电压来改变整个放大电路的放大倍数。本设计主要目的是为了测试待测电路在不同频率下的增益情况，为了便于计算，agc放大电路放大后输出的正弦扫频信号vout1幅值稳定为1v。
31.本实用新型采用由opa365低噪声单电源轨到轨运算放大器、电阻和电容组成的全波整流滤波电路实现待测电路输出的正弦扫频信号的幅值检测。正弦信号经过全波整流和滤波后转换为与正弦信号幅值有关的直流电压信号，再通过stm32自带的adc端口采样并计算得到幅值检测模块输入端正弦信号即待测电路输出端信号的幅值。幅值检测电路如图5所示。
32.在图5中，当输入端口vin1的信号电压值大于或等于0v时，第一级opa365(u1)组成单电源电压跟随器电路，第一级vout_1端口输出的电压等于输入端口vin1的信号电压值。第二级由opa365(u2)与电阻r1和r2组成同相放大器电路，此时第二级vout_2输出端口的电压值计算公式如(3)所示。
[0033][0034]
本实用新型中取r1＝r2，所以此时vout-2＝vin1，vout_2输出端口的信号即为幅值检测模块输入端的正弦信号的正半周信号。
[0035]
当输入vin1端口的信号电压值小于0v时，由于opa365(u1)是单电源运算放大器芯
片，所以第一级vout_1端口输出的电压恒为0v。此时，第二级组成负反馈放大电路，第二级vout_2输出端口的电压值的计算公式如(4)所示。由于r1＝r2，所以放大电路的放大倍数为-1。
[0036][0037]
由式(3)和式(4)可知，图5实现了全波整流。全波整流后通过c1和r3滤波得到稳定的直流电信号。电路中d1为二极管，目的是为了防止当vout_2端输出电压小于c1电容电压时c1电容电压倒灌导致全波整流电路失效。图5所示幅值检测电路输出端vout2的直流电压值的计算公式如式(5)所示[7]，即实现了输入信号幅值检测。
[0038][0039]
式(5)中：uout2为全波整流滤波后的直流电压值；uin1为幅值检测模块输入信号的有效值。
[0040]
另外本实用新型使用keil uvision5作为开发软件对stm32f407zet6编程进行系统功能开发。以触摸屏为人机交互中心的操作结构，不同模块程序打包成函数，由主程序调用执行，来实现设计功能。软件设计主要包括主程序、操作系统函数、ad9959控制函数、触控屏驱动函数、adc采样函数、幅频特性计算函数和wifi通信程序设计。
[0041]
主程序流程图如图6所示。主程序首先初始化各个模块，确保单片机系统按照预期目的正常运行。然后调用触控屏驱动函数，通过触摸屏实现正弦信号、扫频信号和幅频特性测试参数设计。
[0042]
图形显示界面根据功能设计了1个菜单界面和3个工作界面。工作界面分别为：正弦波信号发生器界面，扫频信号发生器界面和幅频特性测试界面。各功能界面通过菜单界面进行灵活切换。在正弦信号发生器界面，可以通过数字键盘输入频率、相位和幅值数据来调节输出的正弦信号的参数。在扫频信号发生器界面，通过数字键盘输入初始频率、终止频率、步进频率和频率变化时间参数输出符合测试要求的扫频信号，其界面如图7所示。幅频特性测试界面显示被测网络的幅频特性曲线，初始频率、步进频率和频率变化时间参数等通过数字键盘输入，其界面见实验结果部分。
[0043]
使用仪器自带的信号发生器作为信号源，将agc信号放大器模块输出端的正弦波信号的幅值校准为1v，然后连接好电路：将信号放大器输出端vout1连接至待测电路的输入端vin；待测电路的输出端vout连接至幅值检测模块输入端vin1，再将幅值检测模块的输出端vout2接入仪器的adc采样端口。
[0044]
然后使用扫频法测试待测电路幅频特性曲线。调整仪器自带的扫频信号源的起始频率、终止频率和扫频步进等参数后开始进行测量并绘制幅频特性曲线，如图8为实测幅频特性曲线。
[0045]
该测试仪以stm32f407zet6单片机为控制与数据处理核心。高性能ad9959dds芯片和vca821自动增益均衡放大器产生恒幅扫频信号，以opa365模块检测幅值信号，最后经adc采样和数据处理得到待测电路的幅频特性。在幅频特性的输出显示终端上：近程选择了tft式显示屏。远程选择了信号传输距离较远较稳定的wifi电路模块esp8266将被测信号源信息与放大后信息经幅频特性测试装置通过上位机显示在电脑。测试结果表明，本文设计的
幅频特性测试仪可以产生幅值稳定、波形平滑的正弦信号和扫频信号，实现幅频特性的本地测试与远程测试。
[0046]
最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。