虚拟仪器的广泛应用，使得用户可以根据需求，设计自己的仪器系统。无源网络导纳测量仪即是虚拟仪器设计思想的一种具体运用，旨在实现对端口网络的导纳进行自动测量。测量仪是以c8051单片机为控制和处理核心，采用可编程逻辑器件epf10k10，根据dds原理产生信号源，将信号源连接到待测的网络上，对网络两端的电压和电流进行差分放大，使其输出电压尽可能达到adc的最大输入电压，然后进行a／d采样，采样时，频率随信号频率而改变，一个周期内固定采32个点，用单片机的p1、p2直接接收数据，边采样边接收。对采样所得的电流、电压数据进行快速傅立叶变换(fft)，并分别求出其模值和相位，则导纳的模值为电流模值与电压模值之比，相位为电流与电压的相位之差。实验证实，导纳测量仪可根据不同的被测对象，选择合适量程，可步进改变信号频率(频率呵由键盘直接键入)，实现精确测量。

系统功能与指标

1．制作正弦波信号发生器，技术指标如下：

a、能产生100hz、：300hz、1khz、3khz、10khz频率，频率误差的绝对值小于所要求频率的1％：

b、输出电压峰-峰值为1v，输出电压误差的绝对值小于20mv；

c、输出电阻小于1ω，输出波形无明显失真。

2．实现端口网络n0的电导re[y]、电纳im[y]、导纳模|y| 和导纳角φy的测量电路，技术指标如下：

a、电导re[y]的测量范围为0.1ms～10ms，分为若干量程，测量误差的绝对值小于
理论计算值的10％；

b、电纳im[y]的测量范围为0.1ms～10ms，分为若干量程，测量误差的绝对值小于理论计算值的10％：

c、导纳模|y|测量误差的绝对值小于理论计算值的10％；

d、导纳角φy的测量范围为±90°，测量误差的绝对值小于理论计算值的5％。

发挥部分

1．将re[y]和im[y]的测量范围扩展到0.01ms～100ms，测量误差要求不变。

2．自动测量功能

a、正弦波信号发生器的频率可以从100hz开始，以100hz的步进增加，最后到达10khz结束；

b、能在上述各频率点对网络的re[y]和im[y](或|y|和φy)进行连续的测量、存储和回放显示，其中，re[y]和im[y](或|y|)的测量具有量程自动转换功能；

c、能分别显示上述4个参数的频率特性曲线。

系统方案设计与实现

本系统利用fpga芯片制作正弦波信号源v(t)=vmcos2πft，通过电压测量电路和电流测量电路，输入端口网络，分别对端口两端的电压v(t)=vmcos2πft和电流i(t)=imcos(2πft+φ)进行采样，将采样数据存入存储器。然后对采样所得的电压v(n)和电流i(n)数据进行 幅值判断，根据电压、电流的幅度值v(n)max、i(n)max来确定相应的测量量程；对采样数据进行快速傅立叶变换，得出采样电压和电流的幅度谱和相位谱，计算对应频率处的电压模值|v|和相位φv，及电流的模值|i|和相位φi，则电流模值与电压模值之比|i|／|v|即为被测网络的导纳模值|y|，电流与电压的相位之差 φi-φv为网络导纳的相位φy。自动改变信号源的输出信号频率f，分别计算不同频率的网络导纳值，可绘出网络导纳随频率的变化曲线。实现原理如图1所示。

正弦信号发生器设计

正弦信号产生采用dds技术，以fgpa方式实现，dds的基本结构由参考时钟、相位累加器、存储器(rom)、dac和滤波器(lpf)组成，其组成如图2所示。

在用fpga设计dds电路的时候，相位累加器是决定dds电路性能的关键部分，设计中采用相位累加器，通过进位链和流水线技术相结合的办法来实现，这样既能保证较高的资源利用率，又能大幅提高系统的性能和速度。

相位／幅度转换电路是dds电路中的另一个关键部分，设计中面临的主要问题就是资源的开销。该电路通常采用rom结构，相位累加器的输出是一种数字式锯齿波，通过取它的若干位作为rom的地址输入，而后通过查表和运算，rom就能输出所需波形的量化数据。

在fpga(针对altera公司的器件)中，rom一般由eab实现，并且rom表的尺寸随着地址位数或数据位数的增加成指数递增关系，因此，在满足信号性能的前提条件下，如何减少资源的开销就是一个重要的问题。在实际设计时充分利用了信号周期内的对称性和算术关系来减少eab的开销。

基于fpga的dds技术可以实现频率范围为1khz～1mhz、频率稳定度优于10-4的要求，且容易实现频率步进100hz的功能。在其外围电路设计中利用lf356接成射随器，可以保证输出电阻小于1ω，满足设计要求，同时通过调节电位器可改变正弦波信号的峰峰值，便于系统调试。

数据采集系统设计

数据采集系统选用两个adc，在a／d采样的时候，单片机同时进行数据的接收和存储。

adc选用tlc5510，其采样速率为20msps，在满足要求