南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计(论文)学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生： 张 婧 指引教师： 樊 京 完毕日期 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于虚拟仪器的幅频特性测试仪设计Design of Amplitude versus Frequency Characteristic Testing Meter Based on Virtual Instrument总 计 ： 25 页公 式 ： 1 个插 图 ： 37 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）基于虚拟仪器的幅频特性测试仪设计Design of Amplitude versus Frequency Characteristic Testing Meter Based on Virtual Instrument学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 张 婧 学 号： 指 导 教 师（职称）： 樊 京（副专家） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology基于虚拟仪器的幅频特性测试仪设计电子信息工程专业 张婧摘 要 本文设计了一种基于虚拟仪器的幅频特性测试仪。在理解幅频特性测试仪仪工作原理的基本上，用已有的波形发生器和示波器，以LabVIEW软件为开发平台，进行设计。通过使用LabVIEW软件控制正弦波信号发生器，使其产生合适的正弦波，并进行扫频操作，然后通过控制示波器的USB口将数据采集到计算机上，在Matlab或LabVIEW下编写幅度测量算法、相位辨别算法，对采集的数据进行解决分析，并在虚拟仪器的面板上画出幅频特性及相频特性图。核心词 幅频特性； LabVIEW； 扫频； 数据采集； 数据解决Design of Amplitude versus Frequency Characteristic Testing Meter Based on virtual instrumentElectronic Information Engineering Specialty ZHANG JingAbstract: In this paper,the amplitude versus frequency characteristic testing meter basedon virtual instrument is developed. The paper is designed by the existing waveform generator and oscilloscope based on the LabVIEW software development platform,in the understanding of amplitude versus frequency characteristic testing meter on the basis of working principle.Making Sine wave signal generator to produce the avilable wave and do frequency sweep by the LabVIEW software, and then collecte data into the computer USB port by controlling the oscilloscope, then ediet the amplitude measurement algorithm, phase resolution algorithm under the Matlab and LabVIEW, to deal with data analysis, and plot the amplitude-frequency characteristic and phase frequency characteristic on a graph on the virtual instrument panel.Key Words: Amplitude versus frequency characteristic； labview； frequency sweep；data acquisition； data processing目 录1 引言11.1 本课题提出的背景和意义11.2 幅频特性测试仪国内外的发展状况11.3 本课题的重要研究内容22 幅频特性测试仪的系统设计32.1 幅率特性的基本概念32.2 幅频特性测试仪实现的功能42.3 系统构造及总体设计方案53 幅频特性测试仪的硬件系统简介63.1 波形发生器简介及DG4000系列驱动的安装63.2 示波器简介及DS1000E系列驱动的安装74 幅频特性测试仪的软件系统设计84.1 软件开发平台LabVIEW简介84.2 幅频特性测试仪的软件设计主程序104.2 虚拟仪器对波形发生器的软件设计104.2.1 波形发生器主程序104.2.2 波形形成及输出子程序114.2.3 同相位及扫频操作子程序124.3 示波器数据采集及解决134.3.1 示波器主程序134.3.2 数据采集子程序144.3.3 数据解决子程序165 调试及实验成果分析175.1 实验调试及误差分析175.2 误差补偿18结束语21参照文献22附录23道谢251 引言1.1 本课题提出的背景和意义电子测量中常常遇到的就是对未知系统或电路网络传播特性的测量，特别是电路网络幅频特性的测量1。一般状况下，一种系统或电路网络的幅频特性就能表征其电气性能，如系统固有角频率、系统阻尼率等。老式的模拟式幅频特性测试仪大多是用LC电路构成扫频振荡器，体积较大、构造复杂、功能单一且不易与其他设备连接，并且只能显示幅频特性曲线，不能得到相频特性曲线，给使用者带来诸多不便，在实际应用中受到很大的限制。目前普遍使用的国内产品重要是天津中环电子仪器公司生产的BT-6A和TD40102，图片如图1所示，它存在的重要问题是功能单一、无图形显示、价格偏高，90年代初改型的TD4010型频率响应分析仪虽采用微解决器，但其许多工作仍要靠外部硬件完毕，没有充足发挥微解决器特别是软件功能，致使电路仍很复杂，价格昂贵。国外产品以日本小野公司的SR-200为代表，该仪器也只能显示幅频特性曲线，价格昂贵，在一般大专学校应用较少。图1 频率特性测试仪BT-6A和TD4010由于老式的幅频特性测试仪因其开发和维护的费用高、技术更新周期长、封闭固定的系统且不易与其他设备连接而在实际应用中受到很大的限制3，为了跟踪虚拟仪器技术的发展趋势，发挥其在测试与测量仪器设计中所具有的灵活性、直观性、通用性的特点，我们开发了基于虚拟仪器技术的幅频特性测试仪，这种新型仪器将充足运用计算机软、硬件资源，具有强大的解决能力，以其新颖、清晰的图形曲线显示，具有操作以便、性价比高等长处，可以更好地满足科研和工程设计的需要。1.2 幅频特性测试仪国内外的发展状况幅频特性测试仪也称扫频仪，用于测试网络的幅频特性和相频特性，在现代电子测量中占有重要的位置，它运用扫频技术的幅频特性测试仪可以对被测网络进行迅速的动态测量，得出被测网络传播特性的实时测量成果4。国外幅频特性仪研制生产厂家重要有美国Agilent公司和Anritsu公司以及ADV公司5。1983年推出了第一部有微解决器的微波频率特性分析仪8510型，同轴测量频率范畴为45MHz-26.5GHz。1986年推出了既有良好的性能又有自动测量能力的8753型自动化矢量网络分析仪，成为业界频率特性测试仪的原则。1989年同轴S参数测量系统上限频率扩展到40GHz。1990年，毫米波波导传播测试装置的工作频率范畴扩展到了110GHz。底的PNA系列300KHz-3GHz的E8356A；300KHz-6GHz的E8357A；30KHz-9GHz的E8358A，在低频方面，该公司有HP3589A，其频率范畴10Hz-150MHz。 图2 安捷伦频率特性测试仪英国SOLARTRON公司有1250，1253，1255A，1255B，1260A。它可以作单点、离散正弦频率扫描，获得频响函数或频响函数的实验曲线6。1250的频率范畴为10uHz到65.5KHz，可以用于测量增益、相位、交流阻抗。1253的频率测量范畴为1mHz到20KHz，幅度和相位精度分别达到1%和1度。1255A的频率测量范畴为10uHz到1MHz,幅度和相位精度分别达到0.2%和0.2度。1260A的频率测量范畴为10uHz到32MHz，幅度和相位精度分别达到0.1%和0.1度，该型号的最大特点是精度高，是该公司的目前精度最高的网络分析仪。国内成功研制的AV3615分体式频率特性测试仪7，测量范畴:45MHz-110GHz。AV3623一体式矢量网络分析仪，测量范畴为30KHz-30MHz，其动态范畴90dB，幅度精确度0.1dB，频率辨别率1Hz。从上述对市场上既有的幅频特性测试仪产品的调查和分析，我们发现国外的幅频特性测试仪重要集中在射频和高频，中低频的产品比较少，并且价格相称昂贵，国内的中低频段的产品也很少。1.3 本课题的重要研究内容本课题就是应用正在蓬勃发展的虚拟仪器技术，即运用微型计算机强大的软件功能和图形环境进行幅频特性测试仪的研究与开发8，重要是使用软件LabVIEW控制正弦波信号发生器，使其产生合适的正弦波，并进行扫频操作，然后通过控制示波器的USB口将数据采集到计算机上。在Matlab或LabVIEW下编写幅度测量算法、相位辨别算法，并在虚拟仪器的面板上画出幅频特性图。论文的重要内容涉及:第1部分：一方面分析了本课题的研究背景及意义，全面论述了幅频特性测试仪的国内外的研究现状，并且简介了本论文完毕的重要工作。第2部分：具体简介了幅频特性的基本概念，以及系统的总体构造以及设计方案。第3部分：具体简介了该设计的硬件平台构成波形发生器及示波器。第4部分：对系统的软件部分进行具体设计：(1)扫频源控制的设计与调试；(2)数据采集的设计与调试；(3)对采集信号进行解决分析的设计。第5部分：最后系统联调，软、硬件整机调试。对信号采集、解决分析、显示进行调试，并对调试过程中浮现的问题进行解决，进一步完善系统功能，满足设计规定，得出对的结论，并进行全面总结。2 幅