CN108761316A - 幅频特性测试仪和幅频特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种幅频特性测试仪和幅频特性测试系统，包括蓝牙模块、主控制器、信号发生模块和第一幅度检测模块，蓝牙模块与移动终端进行通信连接，主控制器分别与蓝牙模块、信号发生模块和第一幅度检测模块相连，信号发生模块和第一幅度检测模块均与被测器件相连，主控模块通过蓝牙模块接收移动终端发送的扫频信息，并根据扫频信息控制信号发生模块生成相应的信号源，在信号源输入被测器件后，主控模块通过第一幅度检测模块获取被测器件输出的幅度信息，并得到幅频特性，以及将幅频特性通过蓝牙模块发送至移动终端，以通过移动终端向用户呈现幅频特性。本发明能够使得幅频特性测试更加方便智能。

Description

幅频特性测试仪和幅频特性测试系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种幅频特性测试仪和一种幅频特性测试系统。

背景技术

随着世界各国电子科学技术的高速发展，集成运放制造工艺日益精进，各种高性能的集成运算放大器以及滤波器等电子电路层出不穷，幅频特性是电子电路的关键指标之一。因此，幅频特性测试技术逐渐应用于电子科学发展的各个领域。如何提高幅频特性测试的方便性和智能化，成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明为解决目前幅频特性测试不够方便智能的技术问题，提供了一种幅频特性测试仪和幅频特性测试系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种幅频特性测试仪，包括蓝牙模块、主控制器、信号发生模块和第一幅度检测模块，所述蓝牙模块与移动终端进行通信连接，所述主控制器分别与所述蓝牙模块、所述信号发生模块和所述第一幅度检测模块相连，所述信号发生模块和所述第一幅度检测模块均与被测器件相连，所述主控模块通过所述蓝牙模块接收所述移动终端发送的扫频信息，并根据所述扫频信息控制所述信号发生模块生成相应的信号源，在所述信号源输入所述被测器件后，所述主控模块通过所述第一幅度检测模块获取所述被测器件输出的幅度信息，并得到幅频特性，以及将所述幅频特性通过所述蓝牙模块发送至所述移动终端，以通过所述移动终端向用户呈现所述幅频特性。

所述信号发生模块包括DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)和程控放大器。

所述的幅频特性测试仪还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控制器相连，所述主控制器通过用户对所述人机交互模块的操作获取扫频信息，并在得到对应的幅频特性后，控制所述人机交互模块向用户呈现该幅频特性。

所述的幅频特性测试仪还包括加法器，所述加法器分别与所述主控制器和所述被测器件相连，所述加法器用于对所述主控制器给出的频率信息和所述被测器件输出的幅度信息相加后，实现频分复用，以通过双绞线进行远程传输。

一种幅频特性测试系统，包括：上述幅频特性测试仪；移动终端，所述移动终端与所述幅频特性测试仪的蓝牙模块进行通信连接，所述移动终端用于根据用户操作生成相应的扫频信息，并将所述扫频信息发送给所述幅频特性测试仪，以及接收所述幅频特性，并向用户呈现所述幅频特性。

所述移动终端包括触摸显示界面，所述显示界面包括操作区、幅频特性显示区和文本提示显示区。

所述的幅频特性测试系统还包括：频率远程接收端，所述频率远程接收端通过双绞线与所述幅频特性测试仪相连，所述频率远程接收端远程接收频率信息；频率远程显示端，所述频率远程显示端与所述频率远程接收端相连，所述频率远程显示端显示所述频率信息；幅度远程接收端，所述幅度远程接收端通过双绞线与所述幅频特性测试仪相连，所述幅度远程接收端远程接收幅度信息；幅度远程显示端，所述幅度远程显示端与所述幅度远程接收端相连，所述幅度远程显示端显示所述幅度信息。

所述频率远程接收端包括低通滤波器和51单片机，所述幅度远程接收端包括高通滤波器和第二幅度检测模块。

所述频率远程显示端为电脑，所述幅度远程显示端为示波器。

所述移动终端为手机。

本发明的有益效果：

本发明幅频特性测试仪的蓝牙模块与移动终端进行通信连接，通过蓝牙模块接收移动终端发送的扫频信息，以进行幅频特性检测，通过蓝牙模块将检测到的幅频特性发送给移动终端，由此，能够使得幅频特性测试更加方便智能。

附图说明

图1为本发明实施例的幅频特性测试仪的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的幅频特性测试仪的方框示意图；

图3为本发明实施例的幅频特性测试系统的方框示意图；

图4为本发明一个实施例的手机进行幅频特性测试的流程图；

图5为本发明一个实施例的APP界面区域示意图；

图6为本发明一个实施例的幅频特性测试系统的方框示意图；

图7为本发明一个实施例的DDS的电路结构示意图；

图8为本发明一个实施例的程控放大器的电路结构示意图；

图9为本发明一个实施例的幅度检测模块的电路结构示意图；

图10为本发明一个实施例的人机交互界面示意图；

图11为本发明一个具体实施例的幅频特性测试系统的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的幅频特性测试仪100，包括蓝牙模块10、主控制器20、信号发生模块30和第一幅度检测模块40。

其中，蓝牙模块10与移动终端进行通信连接，主控制器20分别与蓝牙模块10、信号发生模块30和第一幅度检测模块40相连，信号发生模块30和第一幅度检测模块40均与被测器件相连，主控模块20通过蓝牙模块10接收移动终端发送的扫频信息，并根据扫频信息控制信号发生模块30生成相应的信号源，在信号源输入被测器件后，主控模块20通过第一幅度检测模块40获取被测器件输出的幅度信息，并得到幅频特性，以及将幅频特性通过蓝牙模块10发送至移动终端，以通过移动终端向用户呈现幅频特性。

根据本发明实施例的幅频特性测试仪，蓝牙模块与移动终端进行通信连接，通过蓝牙模块接收移动终端发送的扫频信息，以进行幅频特性检测，通过蓝牙模块将检测到的幅频特性发送给移动终端，由此，能够使得幅频特性测试更加方便智能。

进一步地，信号发生模块30包括DDS和程控放大器，DDS可根据扫频信息产生正弦信号，程控放大器可对正弦信号进行处理，得到频率可变、幅度可调的扫频信号，作为幅频特性测试的信号源。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，幅频特性测试仪100还可包括人机交互模块50，人机交互模块50与主控制器20相连，主控制器20通过用户对人机交互模块50的操作获取扫频信息，并在得到对应的幅频特性后，控制人机交互模块50向用户呈现该幅频特性。同样地，主控模块20通过用户对人机交互模块50的操作获取扫频信息，并根据扫频信息控制信号发生模块30生成相应的信号源，在信号源输入被测器件后，主控模块20通过第一幅度检测模块40获取被测器件输出的幅度信息，并得到幅频特性，以及将幅频特性发送至人机交互模块50，以通过人机交互模块50向用户呈现幅频特性。通过设置人机交互模块，能够实现幅频特性的本地参数设置和结果呈现。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，幅频特性测试仪100还可包括加法器60，加法器60分别与主控制器20和被测器件相连，加法器60用于对主控制器20给出的频率信息和被测器件输出的幅度信息相加后，实现频分复用，以通过双绞线进行远程传输。也就是说，通过设置加法器，能够实现幅频特性的远程传输。

对应上述实施例的幅频特性测试仪，本发明还提出一种幅频特性测试系统。

如图3所示，本发明实施例的幅频特性测试系统，包括上述任一实施例的幅频特性测试仪100和移动终端200。移动终端200与幅频特性测试仪100的蓝牙模块10进行通信连接，移动终端200用于根据用户操作生成相应的扫频信息，并将扫频信息发送给幅频特性测试仪100，以及接收幅频特性，并向用户呈现幅频特性。

进一步地，移动终端200包括触摸显示界面，显示界面包括操作区、幅频特性显示区和文本提示显示区。

在本发明的一个具体实施例中，移动终端200为手机。手机可通过相关APP(Application，应用程序)实现幅频特性测试功能。如图4所示，手机可执行如下流程：APP界面初始化；判断是否设置扫频信息；如果设置则将扫频信息发送至主控制器；接收幅频特性数据；进行数据解析并通过坐标轴显示幅频特性曲线。具体地，当通过手机APP设置好扫频信息并按下确认键后，扫频信息通过蓝牙远程传输至主控制器，对被测器件进行扫频，测量幅频特性曲线。测量完毕后，主控制器通过蓝牙模块将被测器件的幅频特性曲线传输至手机。远程传输的幅频特性曲线包括幅度信息和频率信息，即一个频率点对应一个幅度信息，手机APP将所有数据点接收下来并解析，在设置好的坐标轴界面上显示幅频特性曲线，计算出被测器件对应的截止频率并显示，同时可通过APP自动截图保存该被测器件的幅频特性曲线，方便后续查看。

图5为APP界面示意图，APP界面的上半部分区域为坐标轴区域，即幅频特性显示区，用来显示被测器件的幅频特性曲线。当手机接收到一系列数据后，进行数据解析，一个频率点对应一个幅度信息，通过在坐标轴区域描点连线，显示被测器件的幅频特性曲线。APP界面的左下角为操作区，包括一组虚拟按键，用来设置扫频范围。APP界面的右下角为文本提示显示区，用来提示一些错误操作和被测器件的截止频率等。

根据本发明实施例的幅频特性测试系统，移动终端与幅频特性测试仪进行通信连接，移动终端可根据用户操作生成相应的扫频信息，并将扫频信息发送给幅频特性测试仪，以及接收幅频特性，并向用户呈现幅频特，由此，能够使得幅频特性测试更加方便智能。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，幅频特性测试系统还可包括频率远程接收端300、频率远程显示端400、幅度远程接收端500和幅度远程显示端600。其中，频率远程接收端300通过双绞线与幅频特性测试仪100相连，频率远程接收端300远程接收频率信息；频率远程显示端400与频率远程接收端300相连，频率远程显示端400显示频率信息；幅度远程接收端500通过双绞线与幅频特性测试仪100相连，幅度远程接收端500远程接收幅度信息；幅度远程显示端600与幅度远程接收端500相连，幅度远程显示端600显示幅度信息。由此，能够实现幅频特性的远程传输与显示。

在本发明的一个具体实施例中，幅频特性测试仪100的蓝牙模块10的型号为HC-05。

在本发明的一个具体实施例中，如图7所示，幅频特性测试仪100的DDS可包括AD9850和SN74LVC573DW。通过采用AD9850，使DDS工作在最高时钟状态，即125MHz。为提高速率，选择并行传输方式，在并行装入方式中，通过8位总线D0-D7将数据输入到寄存器，在WCLK的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，在重复5次之后再在FQUD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位)，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。为了节省主控制器20中单片机的I/O口，选择两片573锁存器进行I/O口的复用，当传输八位数据信号时，令STROBE0为1，STROBE1为0，当传输时钟、复位等信号时，令STROBE0为0，STROBE1为1。

在本发明的一个具体实施例中，如图8所示，幅频特性测试仪100的程控放大器主芯片采用VCA810，能够实现-40dB～40dB的线性增益控制，VCA810芯片后接运放芯片OPA820，起缓冲作用，提高带负载能力。由于VCA810的增益控制电压为0V到-2V，因此DAC输出的电压需经过反相才可接入VCA810的3脚，因此选用运放芯片OP07构成反相器。

在本发明的一个具体实施例中，如图9所示，幅频特性测试仪100的第一幅度检测模块可选择均值响应检波芯片AD8361，其输出为线性响应直流电压，转换增益为7.5V/V均方根值，但经过实测发现，其转换增益达不到7.5V/Vrms。为保证精度，通过多点曲线拟合来对采集到主控制器20电路内部的幅度值进行数据处理，经大量样本数据曲线拟合后的函数为y＝1.795x+0.0794，其中x代表输入到检波电路信号的峰峰值，y代表实测输出信号的幅值，当实测输出信号幅值即y值被采集到STM32内部后，只需根据函数反求出x即可求得输入信号的峰峰值。

在本发明的一个具体实施例中，幅频特性测试仪100的人机交互模块50可包括图10所示的人机交互界面。如图10所示，界面左上角为坐标系区，用来显示被测器件的幅频特性，当采集到数据后，可在坐标系区描绘出幅频特性曲线；界面右上角为文本提示区，包括下限频率、上限频率和扫频间隔；界面下半部分为一组虚拟按键，包括数字键0～9，设置频率按键SetFreq、确认键Confirm、步进键Step、调幅键Amp、扫频键Scan、显示键Show和远程传输按键Transmit。

在本发明的一个具体实施例中，如图11所示，频率远程接收端300包括低通滤波器和51单片机，幅度远程接收端500包括高通滤波器和第二幅度检测模块。频率远程显示端400为电脑，幅度远程显示端600为示波器。第二幅度检测模块也可选择AD8361，合成信号经双绞线传输后，经高通滤波器滤波得到幅度信息，经AD8361检波后送示波器显示。合成信号经双绞线传输后，经低通滤波器滤波得到频率信息，51单片机通过串口接收频率信息，并经串口送电脑显示。

在本发明的一个具体实施例中，幅频特性测试仪100的主控制器20可包括STM32系列单片机，具体型号可为STM32F103RCT6。STM32F103RCT6可用以实现上述的控制DDS产生指定频率的扫频信号、控制采集幅度信息及控制人机交互界面更新等功能。在本发明的一个具体实施例中，STM32F103软件系统的设计主要分为六个部分：第一个是蓝牙通信部分，通过连接到蓝牙模块，实现与手机端通信，接收手机端设置的扫频信息以及传输被测器件的幅频特性曲线，从而实现远程人机交互；第二个是DDS信号源部分，通过给DDS送不同的频率控制字，使DDS产生指定频率的正弦信号，完成点频、扫频等功能；第三个是ADC部分，通过STM32F103片内集成的A/D转换器对幅度信息进行采集，以便人机交互界面显示幅频特性曲线；第四个是DAC部分，利用STM32F103片内集成的D/A转换器产生一路锯齿波，配合幅度信息在示波器上利用X-Y方式显示幅频特性曲线，利用另一路D/A转换器作为程控放大器的增益控制信号；第五个是人机交互界面部分，利用图形界面库StemWin制作一图形界面，能够显示幅频特性曲线，并且结合虚拟按键完成频率设置、点频、扫频等功能，实现本地人机交互；第六个是串口通信部分，利用STM32F103的串口输出频率信息，以便进行频率信息的远程传输。

下面以人机交互界面的操作为例说明STM32对的软件系统设计流程。STM32F103需要完成DDS、片内ADC、片内DAC、人机交互界面和串口的初始化，然后进行功能选择：当设置频率键SetFreq按下后，输入指定频率，再按确认键Confirm便可输出指定频率的正弦波；当步进键Step按下后，输出正弦波频率以1MHz步进；当扫频键Scan按下后，正弦波频率逐渐上升，形成扫频信号；当调幅键Amp按下后，STM32F103的片内DA输出直流电压到程控放大器电路的增益控制口，改变输出正弦波的幅度；当显示键Show按下后，STM32F103片内AD开始采集幅度检测电路输出的幅度信息，然后在人机交互界面上显示被测器件的幅频特性曲线；当远程传输按键Transmit键按下后，STM32F103的串口输出低频的频率信息，与被测器件输出的高频幅度信息通过频分复用合成，通过双绞线进行信息的远程传输。

对于51单片机软件系统设计流程，51单片机的主要任务是作为远程端控制器接收频率信息。由于频率信息是由STM32的串口发出的，因此51单片机的串口只需循环判断是否接收到频率信息，如果接收到，则打印到电脑串口助手显示。

总体而言，本发明实施例的幅频特性测试系统，通过幅频特性测试仪的蓝牙模块，实现手机端的设置与显示；通过人机交互界面，实现本地设置与显示；通过加法器进行信号合成及双绞线的传输，实现远程显示。由此，大大增加了幅频特性测试的可操作性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种幅频特性测试仪，其特征在于，包括蓝牙模块、主控制器、信号发生模块和第一幅度检测模块，所述蓝牙模块与移动终端进行通信连接，所述主控制器分别与所述蓝牙模块、所述信号发生模块和所述第一幅度检测模块相连，所述信号发生模块和所述第一幅度检测模块均与被测器件相连，所述主控模块通过所述蓝牙模块接收所述移动终端发送的扫频信息，并根据所述扫频信息控制所述信号发生模块生成相应的信号源，在所述信号源输入所述被测器件后，所述主控模块通过所述第一幅度检测模块获取所述被测器件输出的幅度信息，并得到幅频特性，以及将所述幅频特性通过所述蓝牙模块发送至所述移动终端，以通过所述移动终端向用户呈现所述幅频特性。

2.根据权利要求1所述的幅频特性测试仪，其特征在于，所述信号发生模块包括DDS和程控放大器。

3.根据权利要求2所述的幅频特性测试仪，其特征在于，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控制器相连，所述主控制器通过用户对所述人机交互模块的操作获取扫频信息，并在得到对应的幅频特性后，控制所述人机交互模块向用户呈现该幅频特性。

4.根据权利要求3所述的幅频特性测试仪，其特征在于，还包括加法器，所述加法器分别与所述主控制器和所述被测器件相连，所述加法器用于对所述主控制器给出的频率信息和所述被测器件输出的幅度信息相加后，实现频分复用，以通过双绞线进行远程传输。

5.一种幅频特性测试系统，其特征在于，包括：

根据权利要求1-4中任一项所述的幅频特性测试仪；

移动终端，所述移动终端与所述幅频特性测试仪的蓝牙模块进行通信连接，所述移动终端用于根据用户操作生成相应的扫频信息，并将所述扫频信息发送给所述幅频特性测试仪，以及接收所述幅频特性，并向用户呈现所述幅频特性。

6.根据权利要求5所述的幅频特性测试系统，其特征在于，所述移动终端包括触摸显示界面，所述显示界面包括操作区、幅频特性显示区和文本提示显示区。

7.根据权利要求6所述的幅频特性测试系统，其特征在于，还包括：

频率远程接收端，所述频率远程接收端通过双绞线与所述幅频特性测试仪相连，所述频率远程接收端远程接收频率信息；

频率远程显示端，所述频率远程显示端与所述频率远程接收端相连，所述频率远程显示端显示所述频率信息；

幅度远程接收端，所述幅度远程接收端通过双绞线与所述幅频特性测试仪相连，所述幅度远程接收端远程接收幅度信息；

幅度远程显示端，所述幅度远程显示端与所述幅度远程接收端相连，所述幅度远程显示端显示所述幅度信息。

8.根据权利要求7所述的幅频特性测试系统，其特征在于，所述频率远程接收端包括低通滤波器和51单片机，所述幅度远程接收端包括高通滤波器和第二幅度检测模块。

9.根据权利要求8所述的幅频特性测试系统，其特征在于，所述频率远程显示端为电脑，所述幅度远程显示端为示波器。

10.根据权利要求5-9中任一项所述的幅频特性测试系统，其特征在于，所述移动终端为手机。