模擬式掃頻儀價格昂貴，不能直接得到相頻特性，更不能打印網絡的頻率響應曲線，給使用帶來諸多不便。為此，我們研究和設計了低頻段數字式頻率特性測試儀。該測試儀用壓控振蕩器產生掃頻信號，以單片機為控制核心，通過A/D、D/A等接口電路，實現掃頻信號頻率的步進調整、數字顯示及被測網絡幅頻特性與相頻特性的數顯等。總框圖如圖１所示。該系統成本低廉，掃頻范圍較寬（10Hz～1Hz），并可方便地與打印機連接以實現頻率特性曲線的打印。

1 掃頻信號源的設計

在頻率特性測試儀的設計中，掃頻信號源的質量具有重要的意義。無論是模擬式掃頻儀，還是數字掃頻儀，都要求掃頻信號源具有線性壓控的特性，且掃頻波的輸出幅度應是恒定的，不因頻率或被測網絡的改變而改變。為此，我們選用低線性誤差的函數發生器ICL8038 1 構成壓控振蕩器，如圖2所示。用D/A轉換器提供控制電壓。D/A轉換器的輸入數字量由單片機給出，如圖3所示，可實現數字量的手動和自動調整。為了提高信號源的負載能力，我們將壓控振蕩器的輸出信號送入一寬頻帶功率放大器，從而增大其驅動能力。關于寬帶功放電路已有很多優秀的器件或電路可供選用，此處不再贅述。

振蕩器的振蕩頻率由圖2中的定時元件R、C及控制電壓決定。當R和C一定時，改變ICL8038的⑧腳電壓可改變振蕩器的振蕩頻率。實驗表明，僅靠改變壓控電壓來改變掃頻波的頻率是不能滿足測量要求的（頻率范圍太窄）。為了擴展頻率范圍，我們采用了分檔切換電容的辦法。電容C通過一電子開關接入，單片機根據掃頻波的頻率值自動給出相應的開關量（三位），從而選擇所接入的電容值，可使掃頻頻率范圍擴展到10Hz~1MHz。

2 幅頻特性與相頻特性的測量與打印

掃頻波頻率的測量與顯示由單片機完成。寬帶功放輸出的正弦信號，經整形后送單片機供其測量并顯示頻率。用單片機完成這一任務已有較成熟的方法。值得注意的是測頻的時間間隔不是固定的：數顯時，時間間隔應較長（我們定為1s），因顯示時必須延時一段時間才能便于觀察；打印時，時間間隔較小（我們定為1ms），便于在較短時間內打印全頻段數據。測頻前信號的整形電路選用寬頻帶正弦波─矩形波變換電路？2？，如圖4所示。場效應管源極跟隨器的接入是為了消除變換電路對信號源的影響。

在幅頻特性的測量中，被測網絡的輸入信號幅度是已知的，這在調整功放電路時調定。只要測出被測網絡輸出信號的幅度，即可算得其增益（dB數），被測網絡輸出信號的幅度的測量由檢波器、A/D轉換器及單片機共同完成。增益的計算和顯示亦由單片機完成。

相頻特性的測量與顯示原理如下：被測網絡的輸入與輸出信號先經整形電路變換為矩形波，再送入圖5所示測相邏輯電路中，圖中μi和μo分別為被測網絡的輸入與輸出信號。電路中有關波形如圖6所示。設異或門輸出脈沖寬度為ΔT，信號周期為T，則輸入與輸出信號的相位差由下式求得：

Δφ＝×360°？1

上式中的符號由A點電平決定，若A點為低電平，則μO超前μi，在Δφ前加“＋”號；若A點為高電平，則μｏ滯后μi，在Δφ前加“－”號。ΔT與T的測量及（1）式的計算與符號的確定均由單片機自動完成。

上述幅頻與相頻特性的測量對頻率而言是離散的。某一時刻只能看到某一頻率下的增益或相移。為了獲得連續的頻率特性曲線，我們將全段內各頻率下的增益或相移存放在單片機的外部RAM中，將單片機與打印機相連，將存放在外部RAM中的數據逐個送打印機打印，取得較好的效果。單片機與打印機的接口電路如圖7所示。DB0~DB7為單向數據傳輸線，單片機通過此傳輸線將待打印的數據送給打印機。STB為數據選通信號，此信號上升沿時，數據線上8位數據被打印機讀入機內鎖存并打印。BUSY為打印機的“忙”信號輸出線，輸出高電平表示打印機處于“忙”狀態，此時，單片機不得向打印機送入新的數據字節。當BUSY為低電平時，單片機將存在外部RAM中的數據送給打印機。編制相應程序時，只要設置好打印機的控制字，并將增益或相移值作適當量化即可。

3 軟件流程與系統調試要點

單片機最小系統構成如下：單片機選用80C32，鍵盤顯示接口芯片選用8279，存儲器選用EPROM 1片（2K）和RAM 1片（64K）。地址沖突問題由片選信號解決。A/D轉換器選用0809，選用14位DAC一片，可提高分辨率。

軟件流程圖如圖8所示。

鍵盤分為數字鍵和功能鍵兩種，數字鍵用來輸入掃頻頻率起始及終止值等；而功能鍵則用于幅頻特性、相頻特性的測量及打印等功能。

程序編制與電路調試中有幾個值得注意的問題。第一是切換定時電容后頻率的重迭。解決的辦法是通過對掃頻頻率的判斷，給出D/A所需的數字量，使掃頻頻率單值上升。各電容的值通過實驗調定。第二是步長問題，在數顯功能下，步長不能太小，否則，觀察一段頻率范圍的頻響耗時巨大。針對這一問題，我們通過改變步長的辦法來解決，在低頻段取較小步長，而高頻段取較大步長。在打印功能下，由于不需要延時，故可在全頻范圍取較小步長（10Hz），每步所需時間僅為單片機執行指令及電路響應的時間，能較快地打印全頻段的頻率特性曲線。這時，頻率軸為線性分度，便于定量分析。第三個問題是增益與相移的滿量程問題。增益的量程我們定為±40dB，較大增益的網絡通過衰減網絡接入，增益小于-40dB時被量化為-40dB。相移的滿量程為±180°。實驗表明，我們設計的系統穩定可靠，打印的幅頻特性曲線與傳統模擬掃頻儀所測曲線相符，相頻特性曲線與理論一致。

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