信号波形合成的设计与实现

PAGE12信号波形合成的设计与实现TI杯模拟电子设计大赛信号波形合成的设计与实现参赛学校：参赛队员：指导老师：摘要生活中离不开信号，我们时时刻刻都在和信号打着交道，正弦波，方波这两种波是最基本的波形，我们通过设计方波的产生来更加深刻了解到信号的产生。Abstract

Lifeisinseparablefromthesignal,weallthetimeandsignalnameofdealings,sinewave,squarewavearethetwowavesinthemostbasicwaveform.Nowwedesignaproductstogeneratesquarewavesignaltoknowthewavedeeply.一．设计思路采用单片机430来控制输出值的显示。基本的流程图如下所示：又因为我们将方波傅利叶分解出得出如上的图，我们发现方波就是基波，三次谐波，五次谐波组成。对三角波分解，如下图从图中，我们知道三角波是三次谐波翻转180度，然后和基波与五次谐波相加所得，其中因为别的谐波幅值不太，我们可以不做考虑。二．方案论证方波的产生方案论证和选择方波是要设计的基础部分，下面产生的任何波形都是在这个波上产生的。方案一：采用专用DDS芯片产生方波。优点：软件设计，控制方便，电路易实现。但是因为题目要求是“方波振荡器的信号经分频与滤波处理”，也就是说，软件控制不是题目想要的。方案二：采用晶振来产生。用60M的晶振来产生方波，通过对60M的有源晶振分频来产生频率分别为10KHz,30KHz,50KHz的方波，但这样产生的分频电路过于复杂，不利于系统的搭建。方案三：利用555产生出一定频率的方波。根据后面的要求，我们直接用555产生50KHz和60KHz的方波为了后面的设计，又因为555的技术已经很成熟了，选择方案三，使用555来直接产生方波。分频与滤波通过RC振荡来滤波，为了得到毛刺少的波，我们用三阶滤波。3、移相电路设计方案论证和选择方案一：由三相输入隔离变压器二次绕组接成12边形的移相电路t每相有3个绕组通过特殊的连接方法组成。其存在着如体积大移相变化率>5等诸多缺点。方案二：用运放和R,C来调节翻转的角度。R,C电路在输入输出时会有90度的迟滞。根据题目的要求，我们只要在0~90度可调与一个反向器就好。4加法器的设计方案根据题目要求，只要可调就好。5.电源方案的选择与论证方案一：采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到5V和12V的稳压输出。只需使用两节电池，节省了电池，又减小了系统体积重量。但该电路供电电流沁，供电时间短，无法使用相对庞大的系统稳定运作。方案二：采用三端稳压集成7805与7905分别得到5V和－5V的稳定电压。利用该方法方便简单，工作稳定可靠。综上所述，选择方案二，采用三端集成稳压器电路7805和7905。三．信号波形系统的组成：1方波的产生的电路设计方波是由555发生器，二极管，三极管以及电阻，电容组成。其原理图如图1，图2所示。图1频率为60KHz的矩形波图2频率为100KHz的矩形波电路中，用芯片555来产生矩形波。2．分频器的设计分频器由74LS160与D触发器组成。其原理图如图3，图4所示。图3六分频电路 图4二分频电路电路中，74LS160用来实现三分频，之后用D触发器实现二分频，以此来产生六分频，来产生10KHz的正弦波；两个D触发器用来产生30KHz与50KHz的正弦波。2．滤波电路的设计低通滤波器由运放LM358和RC电路组成，其电路原理如图5所示。图5一级滤波电路本电路是RC振荡来实现滤波，3.移相电路的设计移相电路是根据RC电路具有相位滞后或超前90度，然后通过相位差来产生移相。电路如图6所示。图6移相电路的设计：图7基本的移相电路如图7所示，我们可以得出OUT与IN的相位关系为－arctan(1/wrc)；其中，R为变位器的阻值，W为输入电压的相位角。W=2QUOTE.4、加法电路的设计如图8所示如图中，在输入三个信号源的时候，通过反向运算，我们可以得到三个信号相加的信号，其中电位器是为了调节的方便，使我们在前端有电压衰减的时候能够适当的调节。5、电源模块的设计电源模块采用采用三端稳压集成7805与7905分别得到5V和－5V的稳定电压。再由LM1117产生3.3V电压给430供电。6，显示模块的设计四．系统的测试在打开电源的时候，用示波器，我们可以看到频率分别为10K,30K,50K的正弦波。辐度测量为测量次数10KHz的峰峰值（V）30KHz的峰峰值（V）50KHz的峰峰值（V）15.602.000.7426.001.940.7436.201.960.7745.401.630.7256.201.980.73通过数据分析，我们可为基本得到峰峰值为6V,2V的10KHz与30KHz的正弦波。当我们接入到最后的输出端，波形不是矩形波，通过调节移相电路，我们可以发现波在向方波趋近，但还不是完全的方波。由于每级都有一定的衰减，我们适当的调节辐值，可以得到非常近似的方波。因为三角波是由三次谐波往前移90度之后，与基波和五次谐波相加得到的，所以我们只要调节三次谐波的相移就好，但我们发现设计的移相电路在0到90度之间可调的时候不怎么失真，我们调节基波和五次谐波的相移。参考文献全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞