01队---信号波形合成设计报告.docVIP

PAGE  PAGE 7 课题名称：信号波形合成 摘要：本信号波形合成电路中，方波振荡器的信号经分频与滤波处理，产生 频率第二行后要左顶格 为10kHz和30kHz的正弦波信号。由移相器和加法器构成的信号合成电 路，将产生的10kHz和30kHz正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个 近似方波，并且还可以产生50kHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波形更接近于方波。此外还可以根据三角波谐波的组成关系，将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形。本电路还可以对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测量误差不大于5％。 方案 论证 方波产生电路的比较 用 555定时器产生方波 多谐振荡器可用作方波发生器。经分析可得： 输出高电平时间 T1=0.7R1C ，输出低电平时间T2=0.7R2C，振荡周期 T=0.7(R1+R2)C，频率f=1.43/((R1+R2)C)。该方案产生方波为单极性，从而送给数字电路进行分频。 输出电阻100Ω？ 图一 要写上图名，（图一 555振荡电路）。正文中写上：555振荡电路如图一所示。下同 用集成运放产生方波 集成运放通过反相输入端的电压大小来控制输出状态的翻转，从而输出方波。集成运放产生的方波为双极性，送给数字电路需要加偏置，把双极性的方波变为单极性。 图二 用晶振产生方波 用 晶振产生的方波频率很高，进行分频比较复杂，但是波形非常稳定。 经过比较，我们小组认为用555定时器产生方波的方案最好，因此我们采用了此方案来产生方波。 分频电路的比较 1）用74LS163芯片分频 用74LS163芯片进行分频时，74LS163芯片是同步清零、同步置数，一片74LS163最大为十六分频，分频电路比较简单，如图三所示。 图三 2）用74LS192芯片分频 用74LS192芯片进行分频，74LS192芯片是十分频芯片，若要进行十五分频需要两片74LS192芯片，分频比较复杂。 经过比较，我们小组认为用74LS163芯片进行分频最好，分频电路也比较简单，因此我们采用了此方案。 系统设计及其参数分析、计算 1、总体设计 将10KHz和30KHz的正弦波合成产生一个近似方波 将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号合成一个近似的三角波形 将50KHz的正弦波参与合成，产生一个更接近方波的波形 555定时器产生300KHz方波 分频与滤波后产生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波 经过移相器使三个正弦波相位一致 将10KHz和30KHz的正弦波的峰峰值分别调成6V和2V 对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示 方框图超过页面 单元电路设计 方波产生电路参数计算 根据题目要求，经过计算我们需要产生频率为300KHz的方波，而且占空比为50%。由公式频率f=1.43/((R1+R2)C)，占空比q=R1/(R1+R2)计算得R1=R2=2.4K，电路图如图一所示。 分频电路参数计算 将产生的300KHz的方波分别进过74LS163三分频、五分频得到100KHz的方波和60KHz的方波，再将60KHz的方波三分频得到20KHz的方波。将得到的三种频率的方波分别经过HEF4013BP触发器进行触发产生频率分别为50KHz、30KHz、10KHz的方波，电路图如图三所示。 滤波电路参数计算 将产生的频率为10KHz、30KHz、50KHz的方波进行四阶低通滤波分别得到频率为10KHz、30KHz、50KHz的正弦波。电路中的各个器件的参数如图四所示。 图四 移相电路参数计算 根据滤波后的正弦波的信号进行移相，移相电路中所用的电容都是10nF，根据公式Ｒ＝１／（ｗｃω。插入符号 ）计算出各个电阻值，为了方便调节可以增加电位器来调整相应阻值，并且在移相电路的最后一级通过电位器和集成运放构成反相放大来调节正弦波的峰峰值。 测试方案、步骤及结果记录与分析 方波产生电路测试及结果分析 测试步骤：用稳压源为芯片供电，输出接示波器，显示输出波形。 测试结果分析：示波器测得的波形如图五所示，误差较大，导致占空比不是50%。可能是电阻值选的不对。 图五 分频电路测试及结果分析 测试步骤：用稳压源为芯片供电，555定时器产生的方波经过分频电路后，输出接示波器。 测试结果分析：示波器测得的波形如图六所示，图六波形为五分频，其他依次进行分频得到所求的波形。 图六 滤波电路测试及结果分析 测试步骤：将分频电路产生的方波经过四阶低通滤波得到如图七所示的正弦波。 测试结果分析：由于采用的是四阶滤波，滤波的效果很好，几乎没有什么误差。 图七 移相电路测试及结果分析 测试步骤：将滤波所得到的正弦波经过移相把各个正弦波相位调成一