5队信号波形合成设计报告.docx

精品名师归纳总结信号波形合成摘要本设计由方波振荡，分频滤波，移相放大，加法求和，峰值检测模块组成通过对 555定时器产生的方波进行分频，得到 10kHz、30kHz、50kHz 的方波滤波移相处理后， 产生三种频率的正弦信号，从而合成波形稳固的方波与三角波最终，由峰值检测电 路检测幅值，并由 MSP430显示体会证，本设计电路幅值相位易于调剂，波形稳固， 成效抱负，达到了设计要求关键词傅立叶级数方波合成带通滤波 MSP430单片机可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结一、 方案论证1.1 方波产生电路方案一：比较器构成多谐振荡电路在迟滞比较器的基础上，利用 RC积分电路产生方波电路比较简易，产生的方波为双极性，不易于被计数器分频，在高频范畴对运放压摆率要求较高方案二：利用晶体振荡器构成皮尔斯振荡电路，该电路结构复杂，振荡不够稳定方案三： 555 定时器构成多谐振荡电路电路幅值与占空比可调，产生的方波为单极性，波形上升沿较陡经比较，由于下级分频模块需要单极性方波，为简化电路，并实现频率可调，本设计采纳方案三1.2 分频电路方案一：由十六进制计数器 74LS163 和触发器 HEF4013构成分频电路。

计数器进行奇数次分频，触发器进行二分频电路占空比为 50%方案二：软件分频精度较高，但单片机输入电压需掌握在 3.3V 以下，需对输入输出电压进行变压经比较，方案一电路简洁，波形稳固，本设计采纳方案一1.3 滤波电路方案一：无源滤波电路结构简洁，不需要电源供电，谐波滤除率大致在 80%左右，但电路通带内有能量缺失，需要对信号的衰减进行补偿方案二：有源低通滤波电路输入阻抗高，能量损耗小，可以滤除不需要的高次谐波，但是无法滤除直流重量方案三：由运放 TL072和无源元件 RC组成二阶有源带通滤波电路该电路既可以滤除直流和高次谐波重量，又可以放大电压经比较，为得到特定频率的波形，保证良好滤波成效，本设计采纳方案三1.4 移相电路方案一：如图 1-4-1 所示, 0 ～360°可调移相电路由两级运放组成可调移相电路通过调剂电位器实现相位 0～360°可调但移相过程中幅值会衰减方案二：如图 1-4-2 所示， RC等幅移相电路电路可调相范畴为 0～ 90°，幅度恒定经比较，为得到相位可调，幅值不变的波形，本设计采纳方案二12VR12.2k ΩR9 2.2k ΩR2 6.8M ΩC1C210nF 10nFQ1Q2Q3C3200μF2N36862N36862N3686R1350ΩR3 1.0M ΩR4R51MΩ 50%R6 4.7k ΩR8 1MΩKey=A25%2.2k Ω Key=AR7 4.7k ΩVCC可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结1.5 加法电路图 1-4-1 图 1-4-2可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结方案一：反相求和电路。

电路稳固性较高，能实现多路信号相加，输出信号与输入信号反相方案二：同相求和电路可实现多路信号相加，但稳固性不高经比较，为得到波形稳固的合成方波和三角波，本设计采纳方案一1.6 峰峰值检测电路方案一：利用场效应管和电容等构成峰峰值检测电路电路性能稳固，检测精度良好，但在高频范畴内检测精度一般方案二：利用软件实现对峰峰值的测量该方法精度很高，但为满意单片机的电压要求，需进行降压升压操作，产生的误差难以掌控经比较，方案一操作简洁，精度良好，本设计采纳方案一二、 参数分析及运算2.1 方波产生电路频率及占空比运算由 555 定时器组成的多谐振荡器如图 2-1 所示该电路通过对电容 C 的充放电得到周 期性矩形 波 由振 荡频 率公 式 ， 占空 比公 式知 ， 如 要 使 方 波 频 率 为 300kHZ ， 应 满 足，同时调剂滑动变阻器，使其上下端阻值相等，得到占空比为 50%的方波可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结2.2 分频电路参数运算图 2-1可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结分频电路如图 2-2 所示将多谐振荡器得到的方波经过分频器进行 15 分频、 5 分频、3 分频，再经过 D触发器二分频，从而得到占空比为 50%的 10kHZ,30kHZ,50kHZ 的可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结方波，用于后级滤波使用。

可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结2.3 滤波电路参数运算图 2-2可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结滤波电路如图 2-3 所示，该滤波器为二阶带通滤波器高通部分用于滤除直流分 量 ， 低 通 部 分 用 于 滤 出 10kHZ,30kHZ,50kHZ 的 正 弦 波 由 截 止 频 率 公 式，分别运算得截止频率为 12kHZ,32kHZ,53kHZ 时的电阻电容参数为防止电路起振，放大倍数均取 1.5 倍以下可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结2.4 移相电路参数运算图 2-3可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结移相电路如图 1-4-2 所示, 利用放大器的差动输入，在 处产生+90 度相移如以产生 90 度相移的频率为中心，频率偏离时，其相角为： ，为了获得任意的相角，挑选适当的电容值 0.01u ，由于 ， 通过 5K滑动变阻器的调剂即可实现相位调剂可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结2.5 加法电路参数运算依据方波的傅里叶绽开式 三角波的傅里叶绽开式 ，将三路正弦波幅值和相位分别调至与公式相符，相加后即得所需波形。

2.6 峰峰值检测电路参数运算峰峰值检测电路如图 2-6 所示，利用两片 TL072 比较跟随，电容充放电，场效应管保持峰值从而实现峰值检测功能图 2-6三、 系统测试及数据分析3.1 测试仪器<1）直流稳压源： YB1732A3A<2）数字储备示波器： SIGLENT SDS1102CFL 100MHZ 2GSa/s<3）数字万用表： UNI-T UT8023.2 测试方案<1）测试各模块输出的方波，正弦波的幅值，频率与波形<2）调剂正弦波幅值，相位至满意傅里叶关系，测试合成波形数据〔3 ）对各输出正弦波进行峰值检测测试，运算误差3.3 测试数据经测试所得试验数据如表一所示测试波形如图 3-3-1 至 3-3-8 所示滤波所得正弦波误差为 0%，合成方波峰值与设计要求值相差 0.6V表一 信号合成电路测试数据输出信号正弦波一正弦波二正弦波三两路合成方波三路合成方波三角波频率 〔KHZ>10.0430.150.1510.0310.0410.04幅值 〔V>621.195.65.689.04可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-3-1 分频后方波 图 3-3-2 10kHZ 正弦波图 3-3-3 30kHZ 正弦波图 3-3-450kHZ 正弦波图 3-3-5 基波、三次谐波合成方波图 3-3-6 基波、三次、五次谐波合成方波图 3-3-7 合成三角波3.3 测试结果分析系统能够满意题目全部要求，并有肯定提高。

滤出波形幅值频率无误差，合成方 波近似度高滤出的 50KHZ 正弦波略有失真，与参数选取不够合理有关整个电路系统由手工制作完成，无法实现严格的阻抗匹配，干扰抑制仍不够四、总结系统能够满意题目基本部分和发挥部分的各项指标要求实现了对三种频率正弦波信号的提取信号无明显失真，幅值频率满意要求合成的方波和三角波近似度较高，波形稳固峰值检测电路测量成效良好但由于计数器 74LS163 无法保证确定的相位关系，上电后波形相位不定经分析直接由同一 10KHZ方波滤出 30KHZ和 50KHZ 的高次谐波成效会更加抱负五、参考文献[1] 康华光. 电子技术基础模拟部分 [R]. 北京：高等训练出版社， 2006.1[2] 康华光. 电子技术基础模拟部分 [R]. 北京：高等训练出版社， 2006.1[3] 李先允，姜宁秋 . 电力电子技术 [R]. 北京：中国电力出版社， 2006可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结附录元器件清单名称型号及规格数量备注单片机MSP430F5438A1定时器5551DIP分频器74LS1633DIP74LS001DIP触发器HEF40132DIP运算放大器TL0727DIPTL0744DIP电位器103850275032二极管1N41484场效应管3DJ6G1可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载。