基于FPGA控制的频率特性测试仪

基于FPGA控制的幅频特性测试仪

摘要

频率特性测试仪用于测量一个未知的线性时不变系统的频率特性，是研究电路系统特性的常用工具之一。

本系统采用复杂可编程逻辑器件EP1K100QC208-3作为数据处理及控制核心，由键盘输入部分、A/D转换部分、D/A转换部分、相位测量整形电路部分共同组成。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段,在Altera的maxplusⅡ的软件支持下完成。该系统可以在50Hz～25kHz频率范围内对被测网络进行频率特性测量，并把测得的数据显示在数码管上。电压放大倍数测量的误差不大于±5%，相移测量误差不大于1°。

本系统充分利用FPGA对数据的高速处理能力，使得系统设计高效、可靠。与市场上的频率特性测试仪相比, 该系统具有实现简单、成本低廉、扫频范围利用率高等优点，该系统具有较强的实用价值和发展前景。

【关键词】FPGA；频率特性；VHDL

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Frequency Characteristic Instrument Of

FPGA－Based Control

Abstract

Frequency Characteristic Instrument is used for measuring frequency characteristics of an unknown linear time-invariant system. That is one of the common tools used to study the characteristics of the circuit system.

In this system, complex programmable logic device EP1K100QC208-3 as a data processing and control center , the system is composed of the Keyboard Input Part, A / D Conversion Part, D / A Conversion Part and Phase Shaping Circuit. The whole design uses VHDL (ultra-high-speed hardware description language) language as a description of hardware within the system means in Altera's maxplus Ⅱcomplete software support. The system can be 50Hz ~ 25kHz frequency range, the measured frequency characteristics of the unknown network will be shown in the digital tube. V oltage gain measurement error less than ± 5%, the phase shift measurement error is not greater than 1 °.

The system makes full use FPGA high-speed data processing capabilities, making system design efficient and reliable. Compared with the Frequency Characteristic Instrument in the market, this system has the advantages of production simple ,low cost and high efficiency of Sweep range. The system has strong practi cal value and development prospects.

【Keywords】FPGA、frequency characteristic、VHDL

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目录

1绪论 (1)

1.1频率特性测试仪的发展背景 (1)

1.2频率特性测试仪的理论基础 (1)

1.3频率特性测试仪的基本结构和工作原理 (2)

1.4毕业设计说明 (4)

2设计简介 (5)

2.1结构图 (5)

2.2功能介绍 (7)

3硬件部分及相关软件控制 (10)

3.1键盘 (10)

3.1.1电路图 (10)

3.1.2工作原理 (12)

3.2D/A转换电路 (13)

3.2.1电路图 (13)

3.2.2工作原理 (13)

3.3A/D转换电路 (17)

3.3.1电路图 (17)

3.3.2芯片资料 (17)

3.3.3工作原理 (18)

3.4相位测量整形电路 (19)

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3.4.1电路图 (19)

3.4.2芯片资料 (20)

3.4.3工作原理 (23)

3.5显示电路 (24)

3.5.1电路图 (24)

3.5.2芯片资料 (25)

3.5.3工作原理 (27)

4程序控制部分 (28)

4.1总述 (28)

4.1.1总原理图 (28)

4.1.2结构说明 (29)

4.2输入部分 (30)

4.2.1输入部分内部结构图和实物图 (30)

4.2.2说明 (31)

4.3控制部分一 (34)

4.4控制部分二 (37)

4.5测量部分 (39)

4.5.1总原理图 (39)

4.5.2结构说明 (39)

4.6信号发生器部分 (44)

4.6.1原理图 (44)

4.6.2说明 (45)

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