信号波形分离及合成的大综合电路

综合实验设计报告

题目：信号波形分离及合成的大综合电路

二级学院：机电工程学院

指导老师：施阁

队员姓名：陈前、高晓辉、秦凤立、余振威、顾李江、姚迪

日期：2011年1月7日

信号波形分离及合成的大综合电路设计题目

一、课题的任务和要求

课题任务是对一个特定频率的方波进行变换产生3个不同频率的正弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波和近似三角波。

二、实现方案的对比与分析

1．基本方波发生器方案的对比与分析

方案一：采用有源晶振。有源晶振频率太高，对环境要求相对较高，且不容易控制。

方案二：采用运放OPA820搭建矩形波发生电路，需要调节电阻来控制输出方波信号的频率，但产生方波较困难。

方案三：采用NE555多谐振荡器。由自激产生方波。产生的方波除基波成分外，还含有过多的高次谐波成分，其频率不易控制。但产生过程简单，后续电路对产生的波形有矫正作用。

经对比，我们采用方案三，作为方波发生电路。

2．波形变换电路方案的对比与分析

1） 分频方案的选择

方案一：采用D触发器。仅能实现2n（n=1,2,3…）分频，无法同时满足既产生10KHz又产生30KHz和50KHz的信号。

方案二：采用十六进制计数器。可实现2～15任意分频，可满足对输入的单一信号分频出10KHz、30KHz及50KHz的信号。

经对比，方案二可满足要求,应用简单，在此选用方案二。 2）滤波选择

方案一：采用程控滤波器TLC04。依据芯片手册，TLC04的截止频率，最高仅可做到30KHz，经实测可做到50KHz，但得到的信号纹波较大，噪声干扰也比较大，不易实现对50KHz信号的滤波。

方案二：有源滤波器电路。利用运放搭建有源低通滤波器，可对任意信号进行滤波处理。具有灵活性较强和性能稳定等优点。

经对搭建的电路实测进行对比，选择方案二较为理想。

3．移相方案对比与分析 4．信号合成方案对比与分析

5．信号检测和显示方案对比与分析 三、总体方案的设计原理与实现电路图

本系统主要由方波发生，滤波处理，信号合成三部分组成，其中方波产生部分由NE555多谐振荡器和分频电路组成，得到三路不同频率的方波信号；滤波处理部分则由二阶低通滤波和信号调理电路组成，用来处理方波发生部分所产生的方波信号，得到的是三路不同频率，不同相位和不同幅值的的正弦信号；信号合成部分由移相电路和模拟加法电路组成，是用来对前面产生的三路正弦信号进行移相和叠加，产生题目所要求的方波和三角波。系统总体方框图如图所示：

电路方框图：

1．方波发生器电路的设计与实现

方波由NE555多谐振荡器产生，根据对题目指标的分析后，总结出应该产生一个 稳定的300KHz的方波。如图1所示，为300KHz方波发生电路，

图1

2．分频电路的设计与分析

由于题目要求要产生10KHz，30KHz，50KHz的方波信号，本次分频电路的设计采用的是74LS161二进制计数器，可实现对方波信号2-15分频，满足设计的需求。其工作原理是：分频电路对前面产生的300KHz的方波信号分别进行十五分频，五分频，三分频后得到20KHz，60KHz，100KHz的方波，再经过D触发器二分频后得到10KHz，30KHz，50KHz的方波信号，后级使用D触发器进行一次二分频的作用是既可以将产生的方波整形，又可以使方波信号的占空比为50%，以便于后面产生正弦信号。电路原理图2所示。

图二

3．滤波电路的分析和计算

本次设计的滤波电路是采用运算放大器搭建的二阶低通滤波器，通过有效的理论计算与计算机仿真，对电路中的电阻电容匹配正确的值，可实现对任意信号进行滤波处理。该滤波电路具有稳定性强，可靠性高以及灵活性强等优点。电路原理图如图3所示。

图三

4．移相电路

由于方波信号经由滤波器滤波处理后，其相位会发生改变，并且不同的频率，经过滤波器后的相位移动不同，而题目要求合成的方波和三角波的谐波信号与基波信号皆同相位，故要求制作的移相器的作用是使滤波后的三路信号移至同相位。本次设计的移相电路采用的是全通滤波器能改变即能改变相位也可以不改变

信号的幅值的原理，如图4所示，通过改变R2的阻值可以实现相位的移动，将该电路多级串联，可以增大相角移动的范围。

图四

5．加法器电路的分析和计算

加法器电路采用如图5所示的加法器，滤波器输出的正弦信号分别由1,2, 3端口输入后叠加，得到题目所要求的叠加信号，调节R20可实现对输出信号的峰峰值进行调节。

图五

6．正弦信号幅度测量电路

图4.6 峰值检测电路图图 5.1 软件流程

峰值检测电路的原理是将输入的正弦交流信号进行整流，再将整流后的信号进行RC滤波处理得到的直流信号，经实测所得到的直流信号与输入的正弦信号的峰峰值呈线性关系，经由430单片机内部AD采集输出直流信号，可以算出当前输入正弦信号的峰峰值。

开始系统时钟初始化ADC初始化开中断读取数据液晶显示

图6 峰值检测电路图图 图7软件流程

四、系统测试

1）目标为方波系统时分解后的各信号测试

1.测试仪器 DT9205型数字万用表 YB1732A 双线性直流稳压电源 DG1022型信号发生器 DS1052E型双通道示波器 DG1022型信号发生器 DS1052E型双通道示波器 2.方波测量 DT9205型数字万用表 YB1732A 双线性直流稳压电源 经测量，波形发生器产生的方波信号为： f?300.039KHz,VPP?3.36V，上升时间＜160.0ns 3. 测量正弦信号测量 VP—P峰峰值(单位：V) 正弦波1(10KHz) 6.04 正弦波2(30KHz) 2.02 正弦波3(50KHz) 1.2 4.测量方波合成

测得由基波与二次谐波合成的近似方波如下图所示。幅度满足题目规定5V。

波形合成实测图

6.5 测量近似方波

把50kHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成。经测量波形效果如下

图：

波形合成实测图

五、小组分工情况

陈前，负责方波产生部分； 高晓辉，负责分频部分； 秦凤立，负责滤波部分； 顾李江，负责移相部分； 余振威，负责加法部分； 姚迪，负责峰值检测部分

六、实验心得

通过几周的大综合实验，使我们整组成员对电子元件及电路调试有一定的感性和理性认识，打好了日后学习电子技术想过过程的入门基础。同时培养了我理论联系实际的能力，提高了我门分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是培养了我们的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。具体如下：

1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。

2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子焊接。熟悉电子产品的制作过程。

3.能够根据电路原理图，元器件实物设计及电路的焊接工作。 4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围。

5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用数字万用表。 6.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。

这样的一次实习使我们在学习上和生活上都有着巨大的收获，细心团结这是在电子制作中不可或缺的核心内容，经过这次的练习，我们在这两方面都有了质的提高，素质教育在这得到了充分体现。

七、实验故障及解决办法 八、实验元件清单

555定时器，3个D触发器74161N，3个D锁存器7474N，6个运算放大器3554AM，3个NE5532AI，2个TL084ACD，741，与门2个7408N，3个与非门7400N，2个二极管1N4148

电阻：100，4个15.92K，4个3.2K, 4个5.3K ,3个2K,10个1K, ,3个10，4个10K,2.5K,2M

电位器：30K,12K，4k,2K，8个10K 电容：10nF,200Pf,14个1nf,3个10nf,25uf

附录1：信号分解与合成部分整机电路图

附录2：电路板实物照片

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mqur.html