论文总字数：15120字

摘 要

本课题的要求是基于SOC单片机设计一个低频矢量网络分析仪。而该设备设计用途主要是用于简易的测量双T网络的频率特性（幅频特性和相频特性）。该低频矢量网络分析仪的最主要的功能部件是C8051F005芯片，且在C8051F005系统板上完成主要设计，设备的主要功能模块是正交扫频信号源（DDS)、被测双T网络、乘法器、低通滤波以及显示模块等；利用C8051F005中自带的DAC模块可实现正交扫频信号的输出，并可控制其幅度与频率。将产生的正交扫频信号和被测网络信号通过相乘器模块，再经过低通滤波，之后经过放大模块，接入C8051F005中的AD进行采样，最后在显示屏上完成输出，主要是要显示被测双T网络的幅频特性和相频特性。

关键词：C8051F005；DDS；乘法器；低通滤波；频率特性

Low frequency vector network analyzer hardware design based on SOC MCU

Abstract

This topic is to design a low frequency vector network analyzer. The equipment is used for the measurement of frequency characteristic of double T networks (amplitude and phase frequency characteristic). The low frequency vector network analyzer using C8051F005 as the core component, the main function is mainly composed of orthogonal frequency sweep signal source, the measured circuit, multiplier, low pass filter module; output using DAC module with C8051F005 can realize orthogonal frequency sweep signal, and can control the amplitude and frequency. The orthogonal frequency sweep signal and the measured signal multiplier module through the network, and then through the low pass filter, after amplification module, access C8051F005 AD sampling, finally complete the output on the display screen, display the measured signal amplitude frequency and phase frequency characteristics of the test.

Keywords: C8051F005; DDS; multiplier; low-pass filter; frequency characteristic.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 网络分析仪的研究意义 1

1.2 国内外网络分析仪的现状 1

1.3 未来展望 2

1.4 本课题介绍 2

第二章 所选系统相关理论与计算 4

2.1DDS扫频信号源 4

2.1.1DDS概述 4

2.1.2 直接数字频率合成(DDS)技术 4

2.1.3 DDS主要性能指标及优缺点 4

2.2 C8051F005系统概论 5

第三章 课题方案的选择与论证 7

3.1 正交扫频信号源的设计与选择 7

3.2 乘法器模块的设计与选择 7

3.3 低通滤波器的设计与选择 7

3.4 ADC模块的设计与选择 8

3.5 被测网络的设计与选择 8

第四章 课题电路设计 9

4.1系统主芯片C8051F005 9

4.2模拟乘法器设计电路 9

4.3低通滤波器设计电路 10

4.4末级电压放大设计电路 10

第五章 课题系统方案设计 11

5.1方案总体设计描述 11

5.2理论分析与计算 11

5.3系统流程框图 12

第六章 液晶显示模块和键盘模块 13

6.1 液晶显示模块 13

6.1.1液晶显示器的原理 13

6.1.2液晶显示控制的实现 13

6.2 键盘控制系统 13

6.2.1 键盘的特点及键盘接口方式 14

第七章 总结 15

致谢 16

参考文献 17

第一章 引言

1.1 网络分析仪的研究意义

在科学研究中对网络的电气特性的深入测量，对于所需要检测的设备或者是网络其传输特性的测量是十分必要的。所谓的被测量网络的传输特性，其实主要就是指它的四个特性：①增益或者衰减特性、②幅频特性、③相频特性、④时延特性。而在早期研究中如果想要测量网络的传输特性，就只能使用叫做点频测量的技术，技术相当简单就是在一个或者多个相对固定的频率点上完成测量，这种测量相对来说比较简单。虽然是简单但是缺点也是同样有很多每个点所需要的测量时间相当长，很是复杂。尤其是对一些宽频带器件进行测量时，其复杂，无用就体现的淋漓尽致，浪费时间工作效率低。还有一个问题就是不通疏密度的频率测量点也能影响测量结果。在对一些特性曲线的特别的锐变部分以及个别失常点的测量中，其测量结果往往就是不对的，原因就是测量点选取位置不适当，导致测量结果有很大的偏差。而现在科技发展越来越快了，系统和使用的元器件的频带也是越来越宽。所以要求也就越来越高了，要了解一个被测器件的宽频带特性，就需要在宽频带的相对多频率点上进行测量，才能了解真实的结果。早期的测量设备远远不能满足现在的这些要求，因此扫频测量开始被广泛应用，用连续的扫频测量代替了间断的点频测量，只要频率信号连续不断地扫描，就能记录下被测系统以及器件在整个频带内的完整的传输特性曲线。用这种方式大大提高了测量的精准度，以及测量的工作效率。

于是为了测量传输特性，以扫频测量技术为核心技术的网络分析仪就因此而快速的发展起来了。按照我们学过的电路的一些理论知识，我们可以用四端口网络来表示各种不论是简单还是繁杂的电路，这样被测电路的增益以及相位的频率的变化特性等就可以通过网络参数特性来求出来。矢量网络分析是一种可以非常精确描述被测网络的技术，它是通过检测被测网络对于功率扫描测试信号和频率扫描测试信号的相位以及幅度的影响来描述被测网络。矢量网络分析仪能够测量网络的频率特性又能够测量网络的相频特性，而标量网络分析仪就做不到，因此矢量网络分析仪是一种能够全面测量网络参数的高科技分析仪。而标量分析仪也就只能够被淘汰了。在微波电路设计以及测试的过程中，网络分析仪的使用是必不可少的。就按照测量范围来划分的话，可以分为低频网络分析仪、高频网络分析仪、微波分析仪和射频分析仪。由于各种网络分析仪类型不同，它所能够测量的网络参数也不同。当要测量线性非时变网络的频率特性（幅频特性和相频特性）时，就需要使用低频或者是高频网络分析仪。而当要测量线性和非线性网络的传输特性，也就是测量被测网络的S参数，传输和反射信号幅度以及相位等参数是，微波，射频网络分析仪也就必不可少了。

1.2 国内外网络分析仪的现状

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