TI杯模拟电子设计大赛信号波形合成实验电路

TI杯模拟电子设计大赛

信号波形合成的设计与实现

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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

Life is inseparable from the signal, we all the time and signal name of dealings, sine wave, square wave are the two waves in the most basic waveform. Now we design a products to generate square wave signal to know the wave deeply . 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

1、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10K Hz,30K Hz,50K Hz 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50K Hz 和60K Hz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。

2、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=2错误!未找到引用源。.

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

测量次数10KHz的峰峰值（V）30KHz的峰峰值（V）50KHz的峰峰值（V）

1 5.60 2.00 0.74

2 6.00 1.94 0.74

3 6.20 1.96 0.77

4 5.40 1.63 0.72

5 6.20 1.98 0.73

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

1、全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第