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一、总体方案设计
采用通用的AT89C52作为主控制器，完成数据处理，DDS的频率输出控制，经滤波器对信号衰减，键盘的扫描以及液晶显示器的显示控制等。总框图如图(1)所示。该系统成本低廉，扫频范围较宽，并可通过MAX232方便地与电脑或打印机连接以实现频率特性曲线地打印。
二、各部分电路方案设计及论证
（一）信号产生
方案一：使用传统的锁相频率合成的方法。要求产生1KHz到10MHz的信号，用锁相环直接产生这么宽的范围很困难，所以先产生50.001M到60M的可调信号，然后把此信号与一个50M的本振混频，得到需要的频率。此方法产生的频率稳定度高，但波形频谱做纯很困难，幅度也不恒定，实现也麻烦。
方案二：采用专用DDS芯片产生正弦波。由CPU直接送控制字给DDS芯片AD9850产生信号并放大送往被网络。优点：软件设计，控制方便，电路易实现，容易直接达到题目要求的频率范围和步进值,且稳定性和上法一样，频谱纯净，幅度恒定，失真小。
综上所述，选择方案二采用专用DDS芯片AD9850产生正弦波。AD9850是采用DDS技术、高度集成化的器件，当它在并行工作方式时，有8根数据线、3根控制线与单片机相连。AD9850的频率控制字为：
FTW=fout×232/CLKin
其中FTW为频率控制字，fout为要输出的正弦的频率，CLKin为系统时钟的频率，由晶振产生。
DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fs，加法器将频率控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
AD9850采用CMOS工艺，其功耗在3.3V供电时仅为155mW，扩展工业级温度范围为-40～80℃，采用28脚SSOP表面封装形式。AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N一般为24～32。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC以输出模式量。
（二）检波及滤波
本系统采用二极管检波，电容滤波，能在给定的频率范围内，在受试设备端子与参考地之间、或端子之间提供一个稳定阻抗，使模/数转换器能够正常的工作。
（三）显示
本系统采用MGLS19264新型的大规模点阵式液晶显示器，它可以显示汉字，曲线及各种图形。方便地通过8255和74C922为接口的键盘来实现定值的设定，控制液晶显示器的各种显示。本系统中可以同时显示出频率特性曲线和参数，以及增益和相位参数。
三、设计原理
当系统的输入为正弦信号时，则输出的稳态响应也是一个正弦信号，其频率和输入信号的频率相同，但幅度和相位发生了变化，而变化取决于角频率ω。若把输出的稳态响应和输入正弦信号用复数表示，并求它们的复数比，则得
G(jω)=A(ω)eФ(ω)
G(jω)称为频率特性，A(ω)是输出信号的幅值与输入信号幅值之比，称为幅频特性。Φ(ω)是输出信号的相角与输入信号的相角之差，称为相频特性。其中，幅频特性是一个网络的重要传输特性，所以，本文只探讨幅频特性参数的测试。
在实际测量中，用一个随着时间按一定规律，并在一定频率范围内扫动的信号代替以往的固定频率信号，就可以对被测网络进行快速、定性或定量的动态测量，给出被测网络的阻抗特性和传输特性的实时测量结果。测量原理如下图：
本仪器的主要功能和指标如下：扫频范围为1Hz～10MHzkHz；幅值范围为0V～5V连续可变；步长设定为通过键盘可任意设定（1、2、3…n）频率间隔，实现线性增长；显示方式为，选用192×64图形点阵液晶显示模块，显示汉字、字母、数字、图形；参数设定为，通过软、硬件结合，可实现扫频信号频率的上限、下限、步长及显示画面
设定；通讯功能为，通过MAX3232C模块进行电平转换，可实现与微机的数据通讯。
四、软件流程与系统调试
单片机最小系统构成如下：单片机选用89C51，键盘显示接口芯片选用8279，存储器选用EPROM1片（2K）和RAM1片（64K）。地址冲突问题由片选信号解决。A/D转换大选用0809，选用14位DAC一片，可提高分辨率。
为使各部分硬件电路按一定顺序进行工作，在89C51的程序存储器内固化了用汇编语言编写的应用程序。其中有程序初始化，正弦信号分频子程序，正弦信号幅度控制子程序，数据采集子程序，信号处理子程序，键盘处理子程序，显示画面子程序等。软件流程分为数字键和功能键两种，数字键用来输入扫频频率起始及终止值等；而功能键则用于幅频特性、相频特性的测量及打印等功能。
程序编制与电路调试中有几个值得注意的问题。第一是切换定时电容后频率的重叠。解决的办法是通过对扫频频率的判断，给出D/A所需的数字量，使扫频频率单值上升。各电容的值通过实验调定。第二是步长问题，在数显功能下，步长不能太上，否则，观察一段频率范围的频响耗时巨大。针对这一问题，我们通过改变步长的办法来解决，在低频段取较小步长，而高频段取较大步长。在打印功能下，由于不需要延时，故可在全频范围取较小步长（10Hz），每步所需时间仅为单片机执行指令及电路响应的时间，能较快地打印全频段的频率特性曲线。这时，频率轴为线性分度，便于定量分析。第三个问题是增益与相移的满量程问题。增益的量程我们这为+40dB或等40dB，较大增益的网络通过衰减网络接入，增益小于-40dB时被量化为-40dB。相移的满量程为+180度或-180度。实验表明，我们设计的系统稳定可靠，打印的幅频特性曲线与传统的模拟扫频仪所测曲线相符，相频特性曲线与理论一致。
参考文献：
[1]张永梅，《电子测量与电子电路实验》2001.
[2]毛瑞海等，《常用电子仪器维修》2005.
[3]李华，《MCS-51 系列单片机实用接口技术》.
[4]张先荫，《直接数字频率合成技术在移动通信中的应用》1994.
[5]康华光，《电子技术基础--模拟部分》1998.
[6]张义芳、冯健华，《高频电子线路》。
[7]李晋矩，《通信线路与系统实验教程》。
[8]贾立新、王涌，《电子系统设计与实践》。
[9]邬国、顾涵铮、周雪娇，《高频电子电路》。
采用通用的AT89C52作为主控制器，完成数据处理，DDS的频率输出控制，经滤波器对信号衰减，键盘的扫描以及液晶显示器的显示控制等。总框图如图(1)所示。该系统成本低廉，扫频范围较宽，并可通过MAX232方便地与电脑或打印机连接以实现频率特性曲线地打印。
二、各部分电路方案设计及论证
（一）信号产生
方案一：使用传统的锁相频率合成的方法。要求产生1KHz到10MHz的信号，用锁相环直接产生这么宽的范围很困难，所以先产生50.001M到60M的可调信号，然后把此信号与一个50M的本振混频，得到需要的频率。此方法产生的频率稳定度高，但波形频谱做纯很困难，幅度也不恒定，实现也麻烦。
方案二：采用专用DDS芯片产生正弦波。由CPU直接送控制字给DDS芯片AD9850产生信号并放大送往被网络。优点：软件设计，控制方便，电路易实现，容易直接达到题目要求的频率范围和步进值,且稳定性和上法一样，频谱纯净，幅度恒定，失真小。
综上所述，选择方案二采用专用DDS芯片AD9850产生正弦波。AD9850是采用DDS技术、高度集成化的器件，当它在并行工作方式时，有8根数据线、3根控制线与单片机相连。AD9850的频率控制字为：
FTW=fout×232/CLKin
其中FTW为频率控制字，fout为要输出的正弦的频率，CLKin为系统时钟的频率，由晶振产生。
DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fs，加法器将频率控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
AD9850采用CMOS工艺，其功耗在3.3V供电时仅为155mW，扩展工业级温度范围为-40～80℃，采用28脚SSOP表面封装形式。AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N一般为24～32。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC以输出模式量。
（二）检波及滤波
本系统采用二极管检波，电容滤波，能在给定的频率范围内，在受试设备端子与参考地之间、或端子之间提供一个稳定阻抗，使模/数转换器能够正常的工作。
（三）显示
本系统采用MGLS19264新型的大规模点阵式液晶显示器，它可以显示汉字，曲线及各种图形。方便地通过8255和74C922为接口的键盘来实现定值的设定，控制液晶显示器的各种显示。本系统中可以同时显示出频率特性曲线和参数，以及增益和相位参数。
三、设计原理
当系统的输入为正弦信号时，则输出的稳态响应也是一个正弦信号，其频率和输入信号的频率相同，但幅度和相位发生了变化，而变化取决于角频率ω。若把输出的稳态响应和输入正弦信号用复数表示，并求它们的复数比，则得
G(jω)=A(ω)eФ(ω)
G(jω)称为频率特性，A(ω)是输出信号的幅值与输入信号幅值之比，称为幅频特性。Φ(ω)是输出信号的相角与输入信号的相角之差，称为相频特性。其中，幅频特性是一个网络的重要传输特性，所以，本文只探讨幅频特性参数的测试。
在实际测量中，用一个随着时间按一定规律，并在一定频率范围内扫动的信号代替以往的固定频率信号，就可以对被测网络进行快速、定性或定量的动态测量，给出被测网络的阻抗特性和传输特性的实时测量结果。测量原理如下图：
本仪器的主要功能和指标如下：扫频范围为1Hz～10MHzkHz；幅值范围为0V～5V连续可变；步长设定为通过键盘可任意设定（1、2、3…n）频率间隔，实现线性增长；显示方式为，选用192×64图形点阵液晶显示模块，显示汉字、字母、数字、图形；参数设定为，通过软、硬件结合，可实现扫频信号频率的上限、下限、步长及显示画面
设定；通讯功能为，通过MAX3232C模块进行电平转换，可实现与微机的数据通讯。
四、软件流程与系统调试
单片机最小系统构成如下：单片机选用89C51，键盘显示接口芯片选用8279，存储器选用EPROM1片（2K）和RAM1片（64K）。地址冲突问题由片选信号解决。A/D转换大选用0809，选用14位DAC一片，可提高分辨率。
为使各部分硬件电路按一定顺序进行工作，在89C51的程序存储器内固化了用汇编语言编写的应用程序。其中有程序初始化，正弦信号分频子程序，正弦信号幅度控制子程序，数据采集子程序，信号处理子程序，键盘处理子程序，显示画面子程序等。软件流程分为数字键和功能键两种，数字键用来输入扫频频率起始及终止值等；而功能键则用于幅频特性、相频特性的测量及打印等功能。
程序编制与电路调试中有几个值得注意的问题。第一是切换定时电容后频率的重叠。解决的办法是通过对扫频频率的判断，给出D/A所需的数字量，使扫频频率单值上升。各电容的值通过实验调定。第二是步长问题，在数显功能下，步长不能太上，否则，观察一段频率范围的频响耗时巨大。针对这一问题，我们通过改变步长的办法来解决，在低频段取较小步长，而高频段取较大步长。在打印功能下，由于不需要延时，故可在全频范围取较小步长（10Hz），每步所需时间仅为单片机执行指令及电路响应的时间，能较快地打印全频段的频率特性曲线。这时，频率轴为线性分度，便于定量分析。第三个问题是增益与相移的满量程问题。增益的量程我们这为+40dB或等40dB，较大增益的网络通过衰减网络接入，增益小于-40dB时被量化为-40dB。相移的满量程为+180度或-180度。实验表明，我们设计的系统稳定可靠，打印的幅频特性曲线与传统的模拟扫频仪所测曲线相符，相频特性曲线与理论一致。
参考文献：
[1]张永梅，《电子测量与电子电路实验》2001.
[2]毛瑞海等，《常用电子仪器维修》2005.
[3]李华，《MCS-51 系列单片机实用接口技术》.
[4]张先荫，《直接数字频率合成技术在移动通信中的应用》1994.
[5]康华光，《电子技术基础--模拟部分》1998.
[6]张义芳、冯健华，《高频电子线路》。
[7]李晋矩，《通信线路与系统实验教程》。
[8]贾立新、王涌，《电子系统设计与实践》。
[9]邬国、顾涵铮、周雪娇，《高频电子电路》。