GPT-4o给出的设计方案：

一、设计思路

1. 信号输入与混频

   • 采用本机振荡器产生本地振荡信号，与输入信号混频产生IF信号。
   • 输入频率范围为10MHz~30MHz，经过混频下降至较低的中频。

2. 放大与滤波

   • 对混频后的信号进行放大和滤波处理，提高信号强度，抑制噪声。
   • 使用带通滤波器过滤掉不需要的频段，确保信号的纯净度。

3. 检测与显示

   • 检波器负责对放大和滤波后的信号进行包络检测。
   • 检测后的信号通过信号处理电路和显示电路展示频谱分析结果。

二、简单论证

利用外差原理，通过混频降低信号频率，提高信号处理的稳定性和精度。放大和滤波处理段可以增强信号质量，而信号处理和显示模块则提供用户友好的数据展示。

重要的指标和理论分析

1. 频率范围

   • 测量频率范围：10MHz~30MHz（基本要求），可扩展到1MHz~30MHz（发挥部分）。
   • 频率分辨力：10kHz，确保细腻的频谱分析。

2. 输入信号特性

   • 输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω，以保证信号传输的低损耗和高保真。

3. 调制度和调频信号

   • 当调制度ma=30%，调制信号频率为20kHz，调制频偏为20kHz时，模拟各种实际使用中的信号情况。

三、电路原理图设计要点

1. 本机振荡器与混频器

   • 本机振荡器提供稳定的本地频率信号，与输入信号进行混频；
   • 使用双平衡混频器或模拟乘法器如AD834进行混频。

2. 放大与滤波电路

   • 放大电路用PCR760精密放大器或者类似高带宽放大器，极低噪声放大信号；
   • 滤波部分使用带通滤波器进行中频滤波，典型如SAW滤波器。频率选择与设计项目设定频段相匹配。

3. 检测与显示电路

   • 检波器如AD630进行包络检测；
   • 信号处理电路可使用STM32 MCU，显示部分使用LCD/OLED屏幕连显示结果。

四、核心器件设计要点

1. AD9850（本机振荡器）

   • 提供稳定且宽频率范围的振荡信号；
   • 控制方式简单，通过SPI接口与MCU通信。

2. AD834（混频器）

   • 并行使用两个AD834，实现信号的上、下倍频混频；
   • 混频后的信号滤波到中频范围。

3. STM32 MCU

   • 处理采集到的信号，进行包络分析与频谱计算；
   • 控制显示屏，显示频谱信息。

五、MCU重要功能的C代码和介绍

以下是一个实现基本信号源控制和数据处理的示例代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ad9850.h"
#include "lcd.h"
#include "ad8307.h"

// AD9850引脚配置
#define AD9850_DATA_PIN GPIO_PIN_0
#define AD9850_CLK_PIN  GPIO_PIN_1

void AD9850_Init();
void AD9850_SetFrequency(uint32_t frequency);

void setup() {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_LCD_Init();
    AD9850_Init();
    LCD_Clear();
    LCD_DisplayString("Initializing...");
}

int main(void) {
    setup();
    uint32_t frequency = 10000000;  // 初始化频率10MHz

    while (1) {
        // 获取并处理频率数据
        uint32_t step = 10000; // 步进10kHz
        for (uint32_t freq = 10000000; freq <= 30000000; freq += step) {
            AD9850_SetFrequency(freq);
            HAL_Delay(100);  // 稳定信号
            
            uint32_t signal_strength = AD8307_Read();  // 读取信号强度
            
            LCD_SetCursor(0, 0);
            LCD_Printf("Freq: %uHz\nSignal: %lmV", freq, signal_strength);
            HAL_Delay(200);  // 刷新周期
        }
    }
}

本题考察的主要知识点：

1. 外差频谱分析原理：利用混频技术将高频信号降频到中频，然后通过放大、滤波和检测等步骤分析信号频谱。
2. 频率与信号处理：设计频率范围在10MHz~30MHz，可扩展至1MHz~30MHz，频率分辨力10kHz的信号分析仪。
3. 硬件电路设计：需要设计混频器、放大器、滤波器和检测器的电路，并合理配置本机振荡器和扫描发生器。
4. 控制系统：采用MCU进行信号处理和控制，通过显示电路显示频谱分析结果。
5. 调制度和带宽的调节：实现调制度ma=30%，调制频率20kHz，调频频偏20kHz的信号处理。