开始系统初始化显示系统主界面获得遥控指令？YES切换系统任务NO运行系统当前任务
图7.1 控制系统软件设计总流程图
系统主有三个任务，即空闲任务，点频测量任务，扫频测量任务。空闲任务时系统处于等待状态，此任务中系统不执行任何工作。点频测量任务主要控制扫频信号源和ADC完成相应的点频测量工作，并执行点频测量结果的计算。扫频测量任务主要控制扫频信号源和ADC完成相应的扫频测量工作，并执行扫频测量结果的计算以及频率特性曲线的绘制。 7.2.2 点频测量原理及软件设计
所谓点频法测量，就是通过给待测系统输入某一特定频率的信号，通过分析对比输入和输出信号的相位及幅度关系，得出该系统在此频率处的频率特性。此种测量方式主要用于测量系统的静态频率响应，扫描信号频率由人为指定。此种方式操作繁琐，对于系统在某一频段范围内的特性曲线，无法快速准确的测量。
本设计支持手动点频法测量和自动扫频法测量。两种测量方式所采用硬件系统完全一致，主要为软件实现方式的不同。图（7.2）为点频法测量任务的软件流程图。
35
开始获得点频测量所需参数初始化扫频信号源控制扫频信号源按照指定参数输出稳定的扫描信号控制模数转换电路采集当前零中频解调结果的I、Q值计算待测系统输出信号幅值和相位更新系统显示界面，显示测量结果等待下一个控制命令 图7.2 点频法测量软件流程图
当系统获得进行点频测量控制命令后，便进入点频测量任务，系统首先获得待扫频信号源扫描信号频率，该频率可通过红外遥控由外接输入。当系统获得足够的点频测量所需信息和参数后，便初始化扫频信号源，接着控制其按照参数输出指定的信号。然后，系统会控制ADC采集I、Q值，并通过软件计算出待测系统输出信号的幅值和相位。最后更新显示界面，将测量结果显示在液晶屏上，并等待新的控制命令到来。 7.2.3 扫频测量原理及软件设计
扫频测量即通过给待测系统输入按指定规律不断变化的扫频频率信号，通过测量每一个扫频点处待测系统的输入输出信号幅度和相位关系，从而得出该系统在这一频段内的频率特性值，并将这些值通过曲线的方式在显示屏上显示出来，即得出系统的幅频特性和相频特性。
扫频法测量需要人为指定扫频信号的起始频率、终止频率、扫频步进以及扫频时间。当这些参数指定后，系统则按照指定的参数输出扫描信号，通过测量每个频点处待测系统的频率特性，最终得出系统在此频段范围内的频率特性曲线。此种方式要求控制系统拥有较强的控制能力和较快的运算能力。图（7.3）为扫频法测量任务的软件流程图。为了保证扫频的速度，软件设计中使用了5.2.3节
36
提到的先采集后计算的方式，使得复杂的运算不会影响系统的正常的运行。其中，为了保证两个相邻频点间时间间隔相同，系统通过定时器来获得准确的时间间隔，当定时器定时时间到来时，系统控制扫频信号源，改变其输出信号频率。通过此种方式，保证了不同频率扫频信号间间隔时间的均匀，使得测量结果更加可靠。
开始获得扫频参数（扫频范围、步进、时间）初始化扫频信号源设置定时器定时值NO定时时间到？YES重启定时器；改变扫频信号源输出信号频率ADC采集I、Q信号NO扫频完成？YES计算各频点处待测系统输出信号幅度和相位值更新显示界面，绘制幅频和相频特性曲线等待新的控制命令
图7.3 扫频法测量软件流程图
7.3 本章小结
本章首先分析了系统对软件设计的需求，并给出了基于任务的系统总体软件设计流程。然后针对点频法测量和扫频法测量两个不同的任务及其特点，分别设计了两个任务的软件流程。
37
8 频率特性测试仪的测试
依据本设计内容，设计了一台实验样机，利用该样机对自制RLC谐振网络进行测量，并将测量结果与示波器监测结果进行对比，分析了本设计方案在测量精度、测量速度方面的性能。下面将对测试方法和内容进行详细的介绍。
8.1 测试原理与方法
本节主要进行系统测试的原理与方法介绍，通过仪器测试、软件仿真等方式，验证了本系统设计的正确性和科学性。 8.1.1 硬件平台的准备
在设计的验证过程中，我们按照设计内容，制作了样机，采用安捷伦公司生产的DSO-X3024A型高性能示波器对扫频信号源输出信号以及待测系统的输出信号进行了测量。
为了能够实现对样机的测试，我们制作了一个谐振点在20MHz的RLC谐振网络，图（8.1）为该网络原理图。采用Tina-TI仿真软件对该网络进行仿真分析，得出该网络的幅频特性和相频特性曲线如图（8.2-a）和图（8.2-b）所示。
R3 50VG1+R1 6L1 3.36uC1 18pVF1 R2 50
图8.1 RLC谐振网络原理图
图8.2-a RLC网络幅频特性曲线 图8.2-b RLC网络相频特性曲线
38
8.1.2 测试方法和过程介绍
测试阶段主要对系统的点频测量结果和扫频测量结果进行测量，现分别就两个测试过程方法进行介绍。
1、点频测量
点频测量过程中，通过使用DSO-X3024A高性能示波器对样机的扫频信号源两路输出信号和待测RLC谐振网络的输出信号进行测量，通过改变扫频信号源输出频率，同时对比示波器测量的数据与样机测量得到的数据，得出系统性能。测试过程中，我们测试了79组数据（详情见附件3），并根据这79组数据绘制了RLC谐振网络的幅频特性和相频特性曲线。
2、扫频测量
在扫频过程中，无法采用示波器来实时对比测量结果，因此采用SA1140C型数字频率特性测试仪对待测RLC网络进行测量，通过对比SA1140C与本样机的测试结果，得出系统扫频测量的性能。
8.2 测试结果分析
图（8.3）为示波器测得扫频信号源输出信号幅度曲线图，由图可知，扫频信号源输出信号在1MHz至37.5MHz范围内输出信号幅度较为稳定，当输出信号频率超过37.5MHz后，输出信号幅度开始衰减。图（8.4）为根据点频测量中示波器测量结果与系统测量结果绘制出的幅频特性曲线和相频特性曲线，通过该图可知，样机的幅度测量结果和相位测量结果在32MHz内较为准确，当测量频率超过37.5MHz后，结果出现了较大的误差。该误差主要由扫频信号源输出信号幅度的改变而引起的。
扫频信号源输出信号幅值1000幅值（mV）800600400200013579111315171921232527293133353739频率（M）
图8.3 扫频信号源输出信号幅度与频率关系曲线
39