基于FPGA的便攜式選頻向量?jī)x設(shè)計(jì).pdf

1、向量測(cè)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(cè)量中，在通信、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)及軍事國(guó)防領(lǐng)域中，向量測(cè)量都起著不可替代的作用。而工程技術(shù)中不僅需要對(duì)單一頻率的信號(hào)進(jìn)行幅度、頻率及相位差的測(cè)量，通常要在多種混合頻率的信號(hào)中選出某特定頻率的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。此外，很多情況下需要儀器在野外作業(yè)，因此對(duì)向量測(cè)量?jī)x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(cè)量的儀器很難同時(shí)滿足這些需求。
　　本設(shè)計(jì)利用

2、差頻變換技術(shù)和開關(guān)乘法原理，設(shè)計(jì)了一款精確測(cè)量信號(hào)的相位差、幅度和頻率的便攜式選頻向量?jī)x，該設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)儀器功能單一的缺點(diǎn)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了點(diǎn)頻、選頻、掃頻及移頻四種工作模式來(lái)滿足不同的測(cè)量需求。針對(duì)野外作業(yè)中對(duì)測(cè)量結(jié)果動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求，將該設(shè)計(jì)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(jī)交互界面使用TFT觸摸屏，同時(shí)為該儀器設(shè)計(jì)了基于USB模塊和基于WIFI模塊的兩種通訊方式，這樣能將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，方便了對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)

3、行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及分析。
　　在進(jìn)行幅度和相位差測(cè)量時(shí)，為了提高測(cè)量頻帶寬度、降低幅度參數(shù)測(cè)量時(shí)幅頻特性的影響以及對(duì)脈沖控制信號(hào)頻率分辨率的要求，本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)差頻變換的方法對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率范圍，通過(guò)軟件編程控制模擬開關(guān)，使之選擇直接測(cè)量、通過(guò)一級(jí)差頻變換法測(cè)量或者通過(guò)兩級(jí)差頻變換法來(lái)測(cè)量幅度和相位差。本設(shè)計(jì)提出了一種基于FPGA中數(shù)字鎖相環(huán)的脈沖信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)算法分析及Matlab仿真，計(jì)算出了產(chǎn)生不同

4、頻段的脈沖信號(hào)的頻率分辨率，對(duì)信號(hào)源的設(shè)計(jì)提供了參考。并且該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了低成本、低功耗。
　　該便攜式選頻向量?jī)x采用Cyclone IV系列芯片EP4CE15F17C8N作為主控制器，通過(guò)構(gòu)建Nios II軟核，來(lái)對(duì)外圍電路進(jìn)行控制。通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)測(cè)量需求在四種工作模式之間的靈活切換。人機(jī)交互采用Nios II上移植uC/OS II及ucGUI的方式來(lái)呈現(xiàn)測(cè)量結(jié)果及輸入控制命令。該儀器能達(dá)到如下指標(biāo)：頻率測(cè)量范圍是10Hz