教你制作一个简易频谱分析仪（三）

系统总体方案

本系统采用宏晶科技公司的STC12C5A60S2单片机，用128x64液晶显示频谱，并用4x4键盘输入相关信息。系统框图如下：

系统采用DDS芯片AD9851芯片产生本机振荡信号，通过单片机控制对其不断写入命令字产生频率可变的正弦扫频本振信号，由于DDS输出信号随着频率增加幅度减小，通过程控放大器AD603使输出信号幅度维持基本不变。然后进入乘法器AD835与输入信号相乘，实现在频域上的谱线搬移，将输入信号的频域谱线搬移到滤波器的通带内。在通过放大电路对电路进行补偿之后，即进入滤波电路。在滤波器的通带选择上又分为低频和中频两种情况:1.采用低频滤波器即是把输入信号的谱线搬移到滤波器的低通带（0KHz~5KHz）内；2.采用中频滤波器与此对应，即是把输入信号的谱线搬移到中通滤波器的通频带（469.4KHz±）内，从而将对应频率内的波形选出。本系统采用低频开关电容滤波器MAX297来实现。滤波后信号通过有效值检波器AD637检测其幅值，并将此幅值通过单片机进行数据处理后输出作为对应频率的功率。通过不断改变扫频信号的频率，就可以把输入信号的各个不同频率处的谱线都搬移到通带内检测出来，通过单片机处理后输出到液晶128x64，显示出输入信号的稳定的频谱。

系统软硬设计仿真

1.显示及键盘设计仿真

在Proteus中对128x64液晶及4x4矩阵键盘进行仿真，键盘接P0口液晶数据端接P2口。编写LCD及键盘程序实现菜单切换。

将程序下载到单片机后，通过按键可以实现菜单切换。如上图显示了“Welcome！PressENTER”,通过LCD键盘仿真实现了预定目标即菜单切换，

2.混频器设计仿真

本系统采用模拟乘法器对信号混频，在仿真软件Multisim8的电路中用两路正弦信号模拟频谱仪输入信号和本振信号，电路如下图：

输入信号频率分别为1.0MHz和1.004MHz，幅度（峰峰值）都设为1V。设置乘法器OutputGain为10，OutputOffset为0。则输出信号可能包含的频率成分为1MHz+1.004MHz=2.004MHz和1.004MHz-1MHz=4KHz。输出通过频谱仪分析分析成分，设置好Span（扫频宽度）和Center（中心频率）。仿真结果如下图，移动标尺测出两个峰值处的频率分别为2.004MHz和4KHz左右。

3.扫频信号滤波设计仿真

由于AD9851输出谐波比较大，需要加低通滤波电路，同时为了使输出的频率不受高频信号的干扰，所以选用了LC低通滤波器[2]，输入、输出阻抗为100Ω。原理图如下图：

使用Multisim8中的交流分析（ACAnalysis）对上图的低通网络进行分析，生成频率特性曲线及相位特性曲线。根据下图可知频率满足系统设计要求：

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