资料下载地址：无线幅频仪制作(WiFi通信)-含STM32源程序,JAVA上位机与设计报告
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[1、 系统方案1.1 比较与选择](#1、 系统方案1.1 比较与选择)
[1.1.1 控制器的论证与选择](#1.1.1 控制器的论证与选择)
[1.1.2 信号源的论证与选择](#1.1.2 信号源的论证与选择)
[1.1.3 放大器模块的论证与选择](#1.1.3 放大器模块的论证与选择)
[1.1.4 键盘与显示模块的论证与选择](#1.1.4 键盘与显示模块的论证与选择)
[1.1.5 网络通信模块的论证与选择](#1.1.5 网络通信模块的论证与选择)
[1.2 方案描述](#1.2 方案描述)
[2、理论分析与计算2.1 信号发生器的电路设计](#2、理论分析与计算2.1 信号发生器的电路设计)
[2.2 放大器设计](#2.2 放大器设计)
[2.3 频率特性测试仪器](#2.3 频率特性测试仪器)
[3.1 电路设计](#3.1 电路设计)
[3.2 程序设计](#3.2 程序设计)
项目功能
本装置测量放大器的幅频特性，并将数据绘成直观的图线。系统以32位高性能单片机STM32F103为主控制器，由数字式频率合成器AD9854产生所需信号，通过键盘与OLED显示屏直观控制扫频、点频等模式与频率、幅值等参数，产生一路稳定幅值的正弦扫频信号。信号通过自制的0~40dB可调增益放大器，经均值响应功率检波器AD8361检波后得到直流信号，即放大器输出信号的幅值信息；再经单片机内部模/数转换器采样，处理计算后，将幅值、频率信息发送至Wi-Fi模块ESP-32，使得局域网内的设备可以获取幅频特性数据。作品另配有计算机应用程序和安卓APP，可以方便地显示幅频特性曲线，从而实现放大器的远程幅频特性测试。
1、 系统方案 1.1 比较与选择
本系统主要由控制器、信号源模块、放大器模块、键盘显示模块、网络模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1.1 控制器的论证与选择
方案一：采用51单片机控制。51系列单片机是廉价、易得的微控制器，但由于其采用集中指令结构，运行速度不够可观。在执行大型程序时，51单片机容易显现出功耗大、不稳定的缺点。
方案二：采用FPGA控制。FPGA即现场可编程门阵列，是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA一般来说功耗较低。但在开发过程中往往需要快速增减一些简单功能，如串口通信等，而此类功能有可能占用过多的逻辑门资源，因此采用FPGA开发整个系统则较为不便。
方案三：采用STM32单片机控制。STM32系列单片机具有开发方便、I/O口数量多等特点。ARM内核使得其运行速度明显优于51系列单片机。STM32F103属于增强型系列，是同类产品中性能最高的产品。
综合以上两种方案与实际情况，选择方案三。
1.1.2 信号源的论证与选择
方案一：采用分立元件和中小规模集成电路构成波形发生器采用RC串并联振荡器生成正弦信号。该方案的优点：技术成熟，可供参考的资料较多。缺点：外围元器件多，调试工作量较大，频率稳定度和准确度差，很难满足频率变化的范围要求，更难准确地实现频率步进的要求。
方案二：利用专用直接数字合成DDS芯片AD9851实现波形发生器。AD9851可以产生一个稳定的频率和相位且可数字化编程的模拟正弦波输出。但是该芯片理论上可达到70MHz，其实在实际应用中，当频率达到30MHz时，波形就失真了，而且外围电路较为复杂，需耗费大量时间。
方案三：采用AD9854芯片构成信号源。AD9854芯片可产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号，允许输出的信号频率高达150MHz，而数字调制输出频率可达100MHz，满足项目40M的要求。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.1.3 放大器模块的论证与选择
方案一：选用两级电压反馈运算放大器OPA847放大，再由数字衰减器PE4302衰减。OPA847是宽带超低噪声电压反馈运算放大器，常被用于前级放大，且带宽可高达3.9GHz，噪声极小。数字衰减器可以实现对DC~4.0GHz信号产生最大31.5dB的衰减，步进为0.5dB，但不可以实现系统增益连续可变。
方案二：选择运放AD8009。通过调AD8009 R1和Rf，实验发现可以实现单片运放0~40dB的要求，但是不能满足项目输入阻抗600Ω的要求。
方案三：选择压控正益放大器VCA824级联，外加AD690调节输入阻抗，满足项目要求。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.1.4 键盘与显示模块的论证与选择
（1）键盘：
方案一：独立键盘。控制简单，但是占用单片机IO口资源太多。
方案二：矩阵键盘。控制较为复杂，但是占用单片机IO口资源少。
方案三：周立功键盘。控制较为复杂，操作点单，但功能强大。
（2）显示器：
方案一：TFT。功能强大，但是用于控制DDS显得过于复杂。
方案二：OLED。IIC通信方式，占用单片机IO口资源少，满足需求。
方案三：12864。操作简单，但占用单片机IO口资源多而且费电。
综合以上几种方案，选择周立功键盘和OLED。
1.1.5 网络通信模块的论证与选择
方案一：使用ESP-8266作为TCP客户端，与主机建立一对一通信。ESP-8266常被用作单片机WiFi模块使用，可以通过串口传输AT指令加以控制。
方案二：使用ESP-32建立TCP服务端，供局域网内其他设备访问。ESP-32是上海乐鑫公司出品的性能更强的物联网模块，同时也可以单独作为单片机使用。另外，设立TCP服务端，也使得让电脑客户端软件和手机APP同时访问成为可能。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.2 方案描述
根据上文得出方案：系统以STM32为主控板，以ZLG键盘和OLED屏为交互方式，控制DDS AD9854进行扫频，经过自制的放大器，由均值检波器AD8361读出幅值信息。幅频特性数据通过ESP-32实现串口透传，由特别编写的计算机程序和安卓APP接收和绘制。
2、理论分析与计算 2.1 信号发生器的电路设计
经讨论后，我们决定采用DDS AD9854。我们按照官方提供的电路，完成了如下设计。
图1 正交扫频信号源子系统电路原理图（大图见附录）
2.2 放大器设计
为了达到放大性能、带宽、输入阻抗和带载能力的要求，我们以OPA690跟随器为第一级，设定输入阻抗600Ω，继而用两级VCA824达到信号0~40dB放大的要求。经测试，20MHz下，该系统可完成0~44.6dB连续可调的要求。
图2 放大器系统电路原理图（大图见附录）
2.3 频率特性测试仪器
由于示波器有X Y输入模式，由单片机DA产生的电压信息直接输入通道CH1、CH2，当扫描足够快时，由于视觉暂留现象，屏幕上便会留下幅频特性曲线。
3、电路与程序设计
3.1 电路设计
图4系统电路原理图
3.2 程序设计
这里主要对两个设备进行了编程：STM32和ESP-32。STM32使用μVision官方SDK，ESP-32使用新兴的嵌入式综合开发平台PlatformIO设计，也可以在ArduinoIDE内进行开发。程序详见附录2。
计算机客户端采用Java编写，手机端APP使用AndroidSDK进行设计。
4、实物图片
