基于FPGA的便攜式選頻向量儀設(shè)計.pdf

1、向量測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工程應(yīng)用等諸多領(lǐng)域。例如，在鐵路移頻軌道測量中，在通信、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)及軍事國防領(lǐng)域中，向量測量都起著不可替代的作用。而工程技術(shù)中不僅需要對單一頻率的信號進行幅度、頻率及相位差的測量，通常要在多種混合頻率的信號中選出某特定頻率的信號并對其進行測量。此外，很多情況下需要儀器在野外作業(yè)，因此對向量測量儀器的體積、功耗、操作的靈活性等提出了較高要求。而當(dāng)今用于向量測量的儀器很難同時滿足這些需求。
　　本設(shè)計利用

2、差頻變換技術(shù)和開關(guān)乘法原理，設(shè)計了一款精確測量信號的相位差、幅度和頻率的便攜式選頻向量儀，該設(shè)計克服了傳統(tǒng)儀器功能單一的缺點，為系統(tǒng)設(shè)計了點頻、選頻、掃頻及移頻四種工作模式來滿足不同的測量需求。針對野外作業(yè)中對測量結(jié)果動態(tài)監(jiān)測的需求，將該設(shè)計做成便攜式的、操作界面友好又兼具聯(lián)網(wǎng)功能的儀器。人機交互界面使用TFT觸摸屏，同時為該儀器設(shè)計了基于USB模塊和基于WIFI模塊的兩種通訊方式，這樣能將測量結(jié)果實時的傳輸?shù)缴衔粰C，方便了對測量結(jié)果進

3、行動態(tài)監(jiān)測及分析。
　　在進行幅度和相位差測量時，為了提高測量頻帶寬度、降低幅度參數(shù)測量時幅頻特性的影響以及對脈沖控制信號頻率分辨率的要求，本設(shè)計采用兩級差頻變換的方法對測量過程進行了優(yōu)化。根據(jù)被測信號的頻率范圍，通過軟件編程控制模擬開關(guān)，使之選擇直接測量、通過一級差頻變換法測量或者通過兩級差頻變換法來測量幅度和相位差。本設(shè)計提出了一種基于FPGA中數(shù)字鎖相環(huán)的脈沖信號源的設(shè)計方案。通過算法分析及Matlab仿真，計算出了產(chǎn)生不同

4、頻段的脈沖信號的頻率分辨率，對信號源的設(shè)計提供了參考。并且該設(shè)計實現(xiàn)了低成本、低功耗。
　　該便攜式選頻向量儀采用Cyclone IV系列芯片EP4CE15F17C8N作為主控制器，通過構(gòu)建Nios II軟核，來對外圍電路進行控制。通過軟件編程，實現(xiàn)了根據(jù)測量需求在四種工作模式之間的靈活切換。人機交互采用Nios II上移植uC/OS II及ucGUI的方式來呈現(xiàn)測量結(jié)果及輸入控制命令。該儀器能達到如下指標(biāo)：頻率測量范圍是10Hz