信号波形系统的组成

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=2.

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。

光源检测电路

图2是光源定位装置中光电检测电路的方位图，共由6个光敏电阻组成。水平4个，垂直上下各一个。将此检测板中的光敏电阻放在一个不透光的圆筒中，圆筒上部安装透镜，以便聚光。当与光源正对时，水平方向上中间两光敏电阻上各有一半的光斑，记录此时AD的输出数据valuex。当不正对时，若值大于valuex 控制电机向右转，直至AD输出的数据达到valuex，此时水平方向上中间两光敏电阻上各有一半的光斑，即探头与激光笔与光源正对，完成水平方向的追光。垂直追光原理同水平追光。

（a）

（b ）

图2 (a) 光源检测电路图 （b ） 传感装置示意图

3.2.2 可调恒流源电路

可调恒流源采用TI 公司的LM358芯片作为电源芯片。该电源芯片的输出电压范围单电源（3~30V ）；双电源（±1.5~±15V ）。

可调恒流源电路如图3所示，其工作原理是：由集成运放虚短可知，V +=V-- ，又V- =v e ，如果V +电位不变，所以Ve 电位不变，由Ie=Ve/R2，流过电阻R2上电流不变。根据三极管特性I e ≈I c ，所以流过负载的电流不会随着阻值的改变而改变，从而实现恒流原理。即

2R V I L +=

而题目要求LED 的电流能够在150～350mA 的范围内调节。 当Ie=150mA 时，Ve=0.75V 。即V +=0.75V ，电阻分压知，0.75=R P1/(R P1+R1) 当Ie=350mA 时，Ve=1.75V 。即V +=1.75V ，电阻分压知，1.75=R P1/(R P1+R1)

图3 可调恒流源电路图

3.2.33.3V 电源电路

3.3V 电源电路是给单片机供电的。故采用TI 公司的TLV1117芯片作为电源芯片。TLV1117是单输出LDO 线性稳压器，输出固定电压为3.3V ，电流为800mA 。能满足本系统的功

耗要求，如图4所示为具体

的电路图：

图4 3.3V电源电路

由图4可以看到，该电源电路很简单，只需要简单的外围器件，且电路输入电压为6V，输出为3.3V。为了减小干扰，输入输出都加了滤波电容。

3.2.4 可调电源电路

可调电源电路采用TI公司的REG1117A芯片作为电源芯片。REG1117A是单输出 LDO高效率线性稳压器。输出可调节电压1.25～13.5V ；输出最大电流1A。能满足本系统的功耗要求，如图5所示为具体的电路图。

图5 可调电源电路

由图4可以看到，该电源电路采用发光二极管作为指示灯，用可调电阻Rp调节电压，从而得到系统所需电压值。

V

＝1.25(1＋RP/R1)＋50µA ×RP

O

为了减小干扰，输入输出都加了滤波电容。

当金属靠近电磁铁时，线圈中会产生感生电动势，可以判断该电动势方向与线圈中原电场方向相反，这样回路中电流减小，串联在电路中的采样电阻两端的电压发生改变，经整形后该信号送入单片机。每次单片机收到该信号，就将铁片数加一，同时应用该单元实现铁片的搬运。

加法器电路：

题目要求用自制的加法器电路产生复合信号，由于信号幅度较小，为了准确地次信号源获取原始信号，我们没有将信号直接相加，而是通过跟随器进入加法器。由于DSP中的ADC只能转换正信号，因此还要加上一定的直流量。我们从推荐的运放当中选择了OPA134，OPA134在音频范围内有很好的线性度，并且具有低失调、低噪声的特性，非常适合做前置放大。为了节省空间，我们选择了包含四片OPA134的OPA4134。加法电路原理图如图4-1所示：

图4-1

由于信号直接进入AD进行转换时，DSP内的数字信号会对待转换信号产生干扰，甚至使信号严重失真，故在进入AD之前加上一级跟随电路进行隔离，我们选用了宽带、高速运放OPA820，有效地解决了模拟、数字信号的干扰问题。叠加的直流量，用3V的基准源LM4040A30I进过电阻分压产生，精度较高，引入的噪声很小。使用四运放时很容易产生自激，因此我们在正负电源处加上去耦电容。

在调试时，我们发现，当输入信号幅度的幅度变化时，合成信号的直流分量也会变化，即使输入信号不变时，合成信号中直流分量也会上下移动。经过查资料，我们发现，同向放大时输入阻抗极大，输入信号没有放电回路，造成输出不稳定。于是，我们在两交流信号输入端加上一个大的放电电阻，图3-1中R13、R19，这个问题终于解决。

4.2 DSP最小系统

从大赛推荐的DSP处理器型号中，我们选择了TMS320F2808，其资料较多，且系统构成较TMS320F28234简单，开发方便。TMS320F2808片上外设丰富，片内含有ADC，32位的CPU定时器，硬件PWM生成，输入捕捉，串行通讯SPI、SCI等，其中增强型PWM模块以及增强型模数转换模块，使得其很适合本系统。再加上高达100MHz的CPU时钟，为高速采集和处理信号提供了保证。我们使用20MHz的外部晶振，用PLL倍频获得100MHz的时钟。在系统中，F2808协调着整个系统各个模块的有序工作以及承担信号实时处理的任务。

4.3 PWM波重建信号模块

题目中明确要求使用外部滤波器时必须采用放大器组建的有源滤波器，通过查阅提供的运放资料，我们最终选择了OPA2228，它是一款高精度、低噪声的运放，且具有很高的开环增益和共模抑制比，33MHz的带宽很适合做有源滤波器。

由于重建信号最高频率为20KHz，为了有效地滤除高于20KHz的频率成分，同时又能保证20KHz以内的有效成分不被衰减，我们选择了截止频率为30KHz的低通滤波器。要使重建的信号能够最接近原始信号，必须保证其在通带内得到相同的增益，即要求此低通滤波器在通带内响应平坦，我们选用了四阶有源巴特沃斯低通滤波器和两阶无源滤波器，使通带外频率成分得到足够衰减。