TI杯设计报告(赛区一等奖)信号波形合成实验电路
模板—信号波形合成实验电路设计报告电子竞赛一等奖
信号波形合成实验电路（C题）摘要：本系统利用有源晶振产生方波，设计了分频、滤波和放大电路得到基波至9次谐波正弦信号，通过移相电路，将不同频率的信号进行特定的相移，基于同相加法器实现信号相加，合成出近似方波信号和近似三角波信号，超出了发挥部分的要求，最后利用TI公司MSP430单片机和检波电路实现各个正弦信号的幅度测量和数字显示。
关键词：信号合成，傅里叶分解，分频，移相，MSP430一、系统方案1. 方案比较与选择该系统要求通过分频与滤波方式产生基波和各次谐波，基于此合成近似的方波和三角波信号，经过计算选择42MHz有源晶振产生方波，经过分频准确地产生10kHz至70kHz各个方波信号和近似90kHz方波信号，为有效地将各个方波信号中的谐波分量滤除，须保证滤波器具有优良的近似垂直截止特性，为此选择独立设计针对各个方波信号的四阶低通有源滤波电路。
经隔直电路后，选择反相比例放大电路，可将各个正弦信号的峰峰值灵活地放大或衰减至合成所需的数值。
为保证信号经过移相后不改变幅值，设计了有源滞后网络。
在信号处理末级电路中，选择同相加法器完成方波和三角波的合成。
1.1 方波信号产生方案一：利用TI公司的555芯片为核心实现，但难以产生高频方波信号且波形容易失真。
方案二：采用施密特触发器结合RC充放电电路实现，但此种实现方式频率稳定度不高。
方案三：直接利用有源晶振产生，可以得到所需频率的方波信号，且频率稳定度高。
经过比较，方波信号产生选择方案三实现。
1.2 分频电路方案一：利用FPGA技术，易于实现，但FPGA价格昂贵，增大了作品实现成本。
方案二：以TI公司的74系列数字集成电路为主，设计分频电路，在每个分频电路的最后一级采用D触发器构成的T触发器，可保证分频后信号50%的占空比，且电路的稳定性较好。
经过比较，为提升作品性价比，放弃现有的FPGA模块，选择方案二实现分频。
2. 系统设计方案本设计采用有源晶振产生方波，利用数字电路分频得到占空比为50%的各个频率的方波信号，经滤波后得到对应于基波和各次谐波的正弦信号，经放大后用滞后网络移相，进而进行信号叠加。
信号波形合成实验电路设计报告
信号波形合成实验电路设计报告计算机学院计算机科学与技术系学号：B08030403姓名：李佑娟信号波形合成实验电路目录第一章技术指标1 系统功能要求2 系统结构要求第二章整体方案设计1 方案设计2 整体方案第三章单元电路设计1 方波震荡器电路设计2 分频电路设计3 滤波电路设计4 移相和加法电路设计5 整体电路图6 整体元件清单第四章测试与调整1 方波振荡电路调测2 分频电路调测3 滤波电路调测4 移相和加法电路调测5 整体指标测试第五章设计小结1 设计任务完成情况2 问题与改进3 心得体会第一章技术指标1 系统功能要求1.1 基本要求(1)方波振荡器的信号经分频滤波处理，同时产生频率为10kHz和30kHz 的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系；(2)产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；(3)制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kH和30kHz正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V，合成波形的形状如图1所示。
图1 利用基波和3次谐波合成的近似方波1.2 发挥部分再产生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。
2 系统结构要求2.1 方波振荡器产生方波2.2 由CPLD编程实现分频和移相电路2.3 通过滤波电路才能产生比较干净稳定的正弦波2.4 方波通过分频和滤波后，再通过限幅电路，将10kHz、30kHz以及50kHz的正弦波的峰峰值分别调整为6V、2V和1.2V。
2.5 最后通过一个加法电路，将10kHz和30kHz的波形合成，由移相电路调整使波形如图1为止；再将10kHz、30kHz和50kHz三路波形通过假发电路合成，同上调整，最终波形如图2。
图2 基波、三次谐波和五次谐波合成的方波2.6 该系统整体结构第二章整体方案设计1 方案设计该系统设计可以分为五部分：方波振荡器、分频器、滤波器、移相器和加法器。
信号波形合成实验电路的设计与制作
信号波形合成实验电路的设计与制作任何电信号都是由不同频率、幅值、初相的正弦波叠加而成的。
本方案设计了一个信号波形的合成电路，通过方波振荡器产生的一定频率的方波，经分频，滤波后得到按傅里叶级数展开的基波和3次、5次谐波，经移相后将其中的基波与多次谐波相叠加后模拟合成方波。
本方案采用了大量TI公司的芯片例如CD4046、CD4018、MSP430F149、OPA820等。
标签：CD4046 CD4018 MSP430F149 OPA820 基波谐波方波1 方案设计1.1 系统分析系统设计框图如图1所示。
图1 系统分析该系统主要由方波振荡电路、分频滤波电路、移相电路、加法电路及幅值测量显示电路组成。
由方波振荡电路产生150KHZ方波，经分频分别得到10KHZ、30KHZ和50KHZ的方波，通过滤波得到10KHZ、30KHZ和50KHZ正弦波。
正弦波经移相后由加法电路叠加生成合成信号，同时由幅值测量显示电路显示对应正弦波的幅值。
1.2 系統设计与理论计算振荡电路振荡电路如图2所示。
该模块主要由锁相环CD4046构成的电路来实现。
要产生频率为10kHz和30kHz，幅度为6V和2V的正弦波信号，则输入信号幅度必须大于6V，锁相环锁定在30KHZ附近。
图2 振荡电路CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其锁相环采用的是RC型压控振荡器。
当9脚输入端输入5V电源时，电路即起基本方波振荡器的作用。
振荡器的充、放电电容C1接在6脚与7脚之间，调节电阻R2的阻值即可调整振荡器振荡频率，振荡方波从4脚输出。
f0=1/8*C1*（（V1-VGS）R1+（VDD-2*VTP）R2）其中V1是9脚的输入电压，VGS是锁相环内部MOS管的栅-源极压降，VTP是栅极的开启阈值电压，VDD是工作电压。
当C1=103Pf，R1=100k时，振荡频率变化范围为80-150KHZ。
分频电路CD4018是一个高电压型可预置1/N计数分频器，固定可编程2，3，4，5，6，7，8，9，10分频。
【原创】信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路摘要：本文介绍了一个信号波形合成的电路方案。
该电路能产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波和三角波。
该电路用运放构成的迟滞比较器并结合RC震荡电路产生了方波，产生的方波再经滤波电路进行分频产生出不同频率的正弦波，这些不同频率的正弦波经移相电路形成不同相位的正弦波，再经由运放构成的加法器电路最终产生合成信号。
此外，该电路还以LM3s811为主控制器对产生的信号的幅度和频率进行测量和数字显示。
所有指标都达到题目要求。
关键词：方波电路分频与滤波移相电路加法器电路Abstract：This article describes a signal waveform synthesis circuit scheme. The circuit can produce several different frequency sinusoidal signal, and these signals and then to an approximate square wave synthesis and other signals. The circuit amplifier consisting of comparator with hysteresis RC oscillation circuit produced a square wave, square wave generated by the filter circuit for frequency division produces different frequency sine wave, these different frequency sine wave and then via the formation phase-shift circuit different phase sine wave, then through the amplifier consisting of Adder the resulting composite signal. In addition, this circuit is also the main controller LM3s811 circuit on the amplitude of the signal measurement and digital display. All indicators have reached the required title.Key words:：The shock wave circuit, frequency division and filtration, phase-shifting circuit, adder circuit一、作品简介根据题目要求，此波形发生器的设计主要包括四个部分：方波振荡电路、分频与滤波电路、移相电路、加法器电路。
电子设计大赛——信号波的合成
信号波形合成摘要：本系统通过TI的NE555定时芯片来产生一个60KHZ方波，方波经过整形后输出，经过2分频与6分频产生30KHZ与10KHZ的方波，方波经整形后输出，分别经过35KHZ和12K的低通滤波器产生正弦波，产生的正弦波经过运放放大，10KHZ的正弦波幅值为6V，30KHZ的正弦波的幅值为2V，将这两个正弦信号输入移相电路，通过加法器合成方波。
一、系统方案论证1.1.方波发生电路方案方案一：利用msp430单片机和DAC产生一个方波，此方案编程较方便，但是由于DAC芯片价格较高，频率调节不方便，性价比低，故不是理想方案。
方案二：利用专门波形产生芯片ICL8038来产生方波，但通过实际测试产生的方波不稳定。
故不选择此方案。
方案三：利用TI公司的NE555定时器芯片来产生一个方波，555定时器芯片性价比高，输出波形也较稳定，发生电路也较简单。
因此，我们选择此方案。
1.2 分频电路方案方案一：利用TI公司的分频芯片，但考虑到分频芯片只能分n2频，使我们设计需要2分频和6分频，所以不考虑用此芯片。
方案二：利用芯片74LS160和74LS74搭建数字电路来进行数字分频，可以实现2分频和6分频。
该分频电路比较简单，实用作为方波分频电路很适合。
1.3 滤波电路的选择方案方案一：使用3阶的巴特沃斯低通滤波器，该滤波器结构比较简单，滤波效果也比较好。
方案二：使用切比雪夫低通滤波器，其滤波效果好，但是其电路结构比较复杂，不太容易实现。
系统实现框图方波发生器60KHZ2分频30KHZ 6分频10KHZ10KHZ滤波30KHZ滤波放大器放大器移相电路加法器合成方波二、理论分析与计算方波电路：对于题目要求产生的方波要能分频出10KHZ 和30KHZ 的方波。
故我们设计的方波的频率为60KHZ ，以便于之后的分频。
方波频率的计算公式为： f=121)(7.01C R R + 我们选择了1C =680pf ，R1、R2为两个20K Ω的可调滑动变阻器。
TI杯方案设计书报告(赛区一等奖)信号波形合成实验电路
封面作者：PanHongliang仅供个人学习全国大学生电子设计竞赛2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛设计报告题目：信号波形合成实验电路（C题）学校：武汉大学指导老师：参赛队员姓名：日期：2010年08月24日2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试卷信号波形合成实验电路（C题）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多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。
课题要求是首先设计制作一个特定频率的方波发生器，并在这个方波上进行必要的信号转换，分别产生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后的目标信号为10KHz近似方波和近似三角波。
另外设计一个正弦信号幅度测量电路，以测量出产生的10KHz、30KHz和50KHz正弦波的的幅度值。
课题还给出了参考的实现方法，见下图。
图1 电路示意图图1 课题参考实现方案二、实现方案的分析1．基本方波发生器方案的分析方波的产生方法很多，如用运算放大器非线性产生、用反向器及触发器产生、也可用模数混合时基电路ICL7555产生等。
本例采用第一种方案，最符合题意要求。
2．波形变换电路方案的分析从某方波中提取特定频率的正弦波方案很多，如用窄带滤波器直接从方波中提取所需的基波或谐波；用锁相方法进行分频或倍频产生所需频率；用数字分频方案，从较高频率的方波或矩形波中通过分频获得所需频率方波并进行变换获得正弦波。
本课题采用第三种方案。
3．移相方案分析在方波——正弦波转换中，难免会产生附加相移，通过移相来抵消附加相依，以便信号合成时重新实现同步。
根据微分电路实现相位超前、积分电路实现相位滞后的理论，因此，采用微伏和积分来实现移相。
4．信号合成方案分析方波信号经过波形变换和移相后，其输出幅度将有不同程度的衰减，合成前需要将各成分的信号幅度调整到规定比例，才能合成为新的合成信号。
本课题采用反向比利运算电路实现幅度调整，采用反向加法运算实现信号合成。
课程设计-信号波形合成实验电路
调测结果：
10kHz和30kHz正弦波合成近似方波
测试结果
10kHz、30kHz和50kHz正弦波信号合成 近似方波
课程设计要求：
①实验时间为上午8:00~11:30,下午 13:45~16:55,晚上17:30~20:30;②教师每天点 名;③13日下午和14日全天为查资料时间,可不 在实验室,其他正课时间必须在实验室,未经请 假不到实验室者,按旷课论处,旷课超过3天，将 取消课程设计资格.;④课程设计期间学生请假 离宁,需由指导员批准,任课教师无权批准;⑤课 程设计结束后3天内由各班学习委员将课程设 计报告收齐，交指导教师。
1．基本要求 ．
（1）方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同 时产生频率为10kHz和30kHz的正弦波信号， 这两种信号应具有确定的相位关系； （2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰 值分别为6V和2V； （3）制作一个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， 波形幅度为5V，合成波形的形状如图2所示。 图2 利用基波和3次谐波合成的近似方波
滤波器软件
滤波电路可直接用FilterPro Desktop软件 得到，10kHz、30kHz和50kHz的滤波电 路可通过软件设置，直接算出参数。
CPLD软件
Cpld开发软件采用xilinx的fundation的图 形化设计方法。 用CPLD实现分频或者数字移相功能。
加法电路
加法电路采用TLC084实现
示意图
图2 利用基波和3次谐波合成的近似方波
发挥部分
（1）再产生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；
方案介绍
TI杯电子竞赛--信号波形合成设计报告
基础部分摘要：本作品实现了通过产生不同频率的正弦波，再将这些信号合成为近似方波。
采用的电路主要有：方波发生电路、三分频电路、低通滤波电路、移相电路、加法电路。
30KHz的方波在低通滤波时，通过调整使输出的正弦波峰-峰值为2V，10KHz的正弦波经过放大器放大后峰-峰值达到6V，然后10KHz的正弦波经过移相后与30KHz的正弦波合成形成近似的方波。
其中，低通滤波器采用TLC04ID巴特沃思带开关电容器滤波器，方波发生器采用TLC085放大器，移相电路采用OPA820ID放大器。
一、方案设计方案：首先通过方波发生器产生30KHz的方波，30KHz的方波通过三分频电路产生10KHz的方波，然后将30KHz和10KHz的方波分别经过低通滤波器得到30KHz的正弦波和10KHz的正弦波。
由于题目要求在合成前,30KHz的正弦波峰-峰值为2V，10KHz的正弦波峰-峰值为6V，所以30KHz的方波在低通滤波时，通过调节RC的值可以使输出正弦波的峰-峰值为2V，10KHz的正弦波通过放大电路使峰-峰值达到6V。
再通过移相电路来调节10KHz正弦波的相位，然后与30KHz的正弦波相加得到合成波形。
二、理论分析（1）波的合成与分解一个非正弦周期函数可用傅里叶级数来表示，所以一个方波可以由不同频率、幅度的正弦波来合成。
方波U（t）=4Um/∏*[sin(ωt)+1/3sin(3ωt)+1/5sin(5ωt)+···]因此，频率为10KHz和30KHz的正弦波当幅度比为3:1时可以合成近似的方波信号。
反过来,30KHz的方波经过截止频率为30KHz的低通滤波器时可以滤出30KHz的正弦基波，同理，10KHz的正弦基波也可由10KHz的方波得到。
（2）正弦波的产生方波发生器发生电路，它主要由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC电路既作为延迟电路，又作为反馈电路，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。
电子竞赛论文“信号波形合成(GAL)”
2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛 信号波形合成实验电路（C题）设计报告信号波形合成实验电路（C题）摘要：本设计为一信号波形合成电路，由一个6M的晶体构成一输出频率稳定的振荡电路，使用74LS393和三片GAL16V8分频，产生10KHz、30KHz和50KHz 的方波信号，采用由TI公司提供的TLC04巴特沃斯四阶开关电容低通滤波器对信号滤波，产生符合题目要求频率的正弦波信号，使用TI公司的OP07和741对10KHz、30KHz、50K信号进行放大。
使用RC阻容移相器，对正弦10KHz和30KHz 移相处理，用加法器、减法器合成近似正弦波和近似三角波，在显示模块中，使用了TI公司生产的TLVH431芯片作为精密基准源。
本设计的主要特点是：电路简单；成本低，性价比高；充分满足题目要求。
关键词：振荡，分频，信号波形合成，TLC04，OP07， TLVH431。
目录目录一、 方案设计与论证 (1)1.1电源模块 (1)1.2方波产生模块 (1)1.3分频模块 (1)1.4方波转正弦波模块 (1)1.5移相模块 (1)1.6显示模块 (2)二、 系统设计及功能实现 (2)2. 1总体设计框图 (2)2..2各模块的设计及功能实现 (3)2.2.1电源模块 (3)2.2.2波形产生模块 (3)2.2.3分频模块 (3)2.2.4方波转正弦波模块 (4)2.2.5移相模块 (4)2.2.6正弦波转方波、三角波模块 (4)2.2.7显示模块 (5)三、系统测试结果 (6)3.1基本要求 (6)3.2发挥部分 (6)四、参考文献 (6)附录1 (7)附录2 (9)一.方案设计与论证根据题目要求，可将系统划分为电源模块，分频模块，正弦波生成模块，移相模块，正弦波合成方波、三角波模块和显示模块，对各模块的产生，分别有以下不同设计方案：1.1电源模块采用集成稳压器LM317和LM337构成直流稳压电源，产生±5V两路直流电压，由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组成。
信号波形合成实验报告
信号波形合成实验电路摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。
题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。
振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结合，产生6MHz 的方波源。
分频电路采用74HC164 与74HC74分频出固定频率的方波，作为波形合成的基础。
滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形的滤波电路。
移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结果造成影响。
关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器Experimental waveform synthesiscircuitAbstract：The design consists of a square wave oscillator circuit,divider circuit, filter circuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject of the request of the point frequency of the various parameters of processing, production of a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz and 30KHz sinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a wave amplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystal oscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz. Frequency circuit 74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency square wave, as a basis for waveform synthesis. Filtering using TI's op LC084, respectively, set the waveform of the filter circuit. Phase-shifting circuit in the main processing phase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of the waveform synthesis.Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shifting circuit1.课题技术指标1.1 基本要求对一个特定频率的方波进行变换并产生多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。
信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路信号波形合成实验电路是一种能够生成并合成不同信号波形的电路，它通常由一些基本元件组成，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管等。
下面我们将详细介绍一种简单的信号波形合成实验电路。
一、实验电路的设计1.设计目标该实验电路的设计目标是生成并合成两种不同信号波形，即正弦波和方波。
通过对这两种波形的合成，可以观察到不同信号波形之间的叠加效果。
2.电路设计为了实现上述目标，我们需要以下主要元件：信号发生器、比较器、RC 滤波器、示波器和负载。
（1）信号发生器：为了生成正弦波和方波，我们采用两个独立的信号发生器，其中一个用于生成正弦波，另一个用于生成方波。
（2）比较器：比较器的作用是将两个信号波形进行比较，从而产生一个新的波形。
在这里，我们将使用一个运算放大器作为比较器。
（3）RC滤波器：由于我们希望在负载上得到干净的波形，因此需要使用RC滤波器对信号进行滤波处理。
（4）示波器：示波器的作用是显示合成后的波形。
（5）负载：负载的作用是吸收合成的波形并转换为其他形式的能量。
3.电路连接将两个信号发生器输出端分别接入比较器的两个输入端，将比较器的输出端接入RC滤波器的输入端，将RC滤波器的输出端接入示波器的输入端，最后将负载接入示波器的输出端。
二、实验电路的工作原理4.信号发生器信号发生器是一种能够产生不同波形（如正弦波、方波等）的电路。
在这里，我们采用两个独立的信号发生器，一个用于生成正弦波，另一个用于生成方波。
5.比较器比较器的作用是比较两个信号波形，产生一个新的波形。
在这里，我们将使用一个运算放大器作为比较器，将两个信号波形进行比较，从而产生一个新的波形。
6.RC滤波器RC滤波器是一种常见的滤波器，它由电阻和电容组成。
在这里，我们使用RC滤波器对信号进行滤波处理，从而在负载上得到干净的波形。
7.示波器示波器是一种用来显示波形的电子仪器。
在这里，我们将示波器的输入端接入合成后的波形，以便观察和记录合成后的波形。
全国大学生电子设计大赛实验报告
瓷片电容
1500PF 2700PF 3000PF
3个
参考文献
[1]余孟尝数字电子技术基础。三版。北京：高等教育出版社，1998
[2]清华大学电子电子教研组杨素行主编。模拟电子技术基础。北京：高等教育出版社。2001
[3]倪叶杰常熟理工学院文摘。江苏：常数大学教育出版社。1997
图2利用基波和3次谐波合成的近似方波
2方案设计
2.1系统分析及整体方案
方波信号由基波成分和若干个谐波成分构成，即 ，本作品根据这一理论原理制作而成。
主要思路上是产生分别产生10K 30K的方波，然后分别通过滤波器提取出它的基波，然后再通过加法器生成方波。
总体设计框图
系统框图如图所示，由电源模块，分频、滤波和移相及正弦波生成模块，正弦波模块和显示模块构成。
关键词：方波信号，滤波器，正弦波信号，滤波，移相，合成
1作品简介
1.1设计目标
设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，利用傅里叶原理产生以10KHz为基波，以奇次谐波为辅助谐波的信号，并将这些信号再合成为近似方波和其他信号。电路示意图如图1所示：
图1信号波形合成电路示意图
1.2要求及指标
1.2.1基本要求
材料清单
名称
型号
数量
说明
万能版
1个
集成芯片
NE555P
1个
集成芯片
HD74LSOOP
3个
集成芯片
SN74LS161AN
3个
集成芯片
TL084CN
1个
集成芯片
TL081CP
2个
二极管
1N4148
2个
可控电阻
900Ω1kΩ
2个
“TI杯”电子设计竞赛—信号波形合成实验电路—论文(设计报告最终版)
信号波形合成实验电路摘要：本系统利用TI公司MSP430F148处理器产生150KHZ的方波经由计数器74LS161构成的分频电路分频得到频率为10KHZ、30KHZ、50KHZ的方波再经RLC 波形变换电路和运放LF353构成的放大电路输出频率分别为10kHz、30kHz和50KHZ的正弦波信号，最后通过稳幅移相电路、加法器电路合成一个近似方波，波形幅度为5V的信号实现了信号波形的合成。
系统外加以MSP430F148为核心的显示电路可以即时显示信号在各时间段的幅度，精确度达到千分之一。
本系统合理地将模拟电路和数字电路相结合完成了基本部分和部分发挥部分的要求。
关键词：波形变换分频移相加法器 MSP430一、系统方案论证经过仔细分析我们认为此次信号波形合成实验电路可以由方波发生器模块、分频模块、波形变换模块、信号放大模块、稳幅移相模块、加法器模块、数显模块等构成。
方案论证与选择（1）方波发生器电路方案论证与选择方案一：采用由NE555组成的或其它由门电路构成的方波发生电路。
这些电路外围电路较少设计比较简单，但是输出信号频率很难调到某一固定值而且受环境影响明显。
本系统中要求有固定的方波（150KHZ），固此方案不被我们采纳。
方案二：由运算放大器构成的信号发生电路。
此方案具有模拟电路的不确定性的缺点且系统较复杂。
所以在本系统中也不采用。
方案三：由单片机输出固定频率方波。
这种方案得到的方波频率稳定几乎不受外部环境影响，且由于本系统的数显模块需要用到单片机，用单片机输出固定频率方波不会增加任何外围电路只需增加程序，充分利用了电路已有资源。
此方案有效、稳定、经济。
固本系统的方波发生器模块采用此方案。
（2）分频电路方案论证采用同步计数器74161构成分频电路。
（3）波形变换电路方案论证与选择。
方案一：用由运算放大器构成的方波变正弦波电路。
该方案采用波形变换的方法用运算放大器构成的波形变换电路将方波先变换为三角波再用类似的方法将三角波变换为正弦波，从而实现将方波变为正弦波的目的。
2022年TI杯电子设计竞赛信号波形合成电路报告
大学生电子设计竞赛TI杯模仿电子系统专项邀请赛信号波形合成实验电路（C题）组号：51信号波形合成实验电路摘要 本电路实现了基于多种正弦波合成方波与三角波等非正弦周期信号电路。
使用TLV3501电路构成基准300KHz 方波振荡信号，以74LS161、74LS74实现前置分频形成10KHz 、30kHz 、50kHz 方波信号，运用有源滤波器获得其正弦基波分量，以TLC085实现各个信号放大、衰减和加法功能，同步使用有源RC 移相电路实现信号相位调节；使用二极管峰值包络检波电路获得正弦信号幅度，以MSP430F147作为微控制器对正弦信号进行采样，并且采用点阵液晶实时显示测量信号幅度值。
核心词：方波振荡 方波分频及滤波 移相 信号合成 峰值检测MSP430F1471、方案设计1.1系统分析和整体设计根据题目规定，通过方波振荡电路产生方波信号，经分频后得到各路需要信号，因而方波振荡电路产生信号频率应为各路信号频率公倍数。
由于需要信号频率为10KHz ，30KHz 和50KHz ，其最小公倍数为150KHz ，若使用偶数分频，则应产生f =300KHZ 方波,分别通过6分频、10分频和30分频得到10KHz 、30KHz 、50KHz 方波，然后通过滤波器得到相应正弦信号；用放大电路弥补分频滤波过程中衰减，并将幅度调节至合成所需比例关系。
由傅里叶变换可以证明方波可体现为：)7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ 三角波可体现为：)7sin 715sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t ht f ωωωωπ 因此频率为10KHZ 、30KHZ 、50KHZ 、70KHZ ……相应幅值为......71:51:31:1正弦波可合成方波，频率为10KHZ 、30KHZ 、50KHZ 、70HZ ……相应幅值为......71:51:31:1222正弦波可合成三角波。
信号波形合成实验报告
信号波形合成实验电路摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。
题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。
振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结合，产生6MHz 的方波源。
分频电路采用74HC164 与74HC74分频出固定频率的方波，作为波形合成的基础。
滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形的滤波电路。
移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结果造成影响。
关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器Experimental waveform synthesiscircuitAbstract：The design consists of a square wave oscillator circuit,divider circuit, filter circuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject of the request of the point frequency of the various parameters of processing, production of a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz and 30KHz sinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a wave amplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystal oscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz. Frequency circuit 74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency square wave, as a basis for waveform synthesis. Filtering using TI's op LC084, respectively, set the waveform of the filter circuit. Phase-shifting circuit in the main processing phase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of the waveform synthesis.Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shifting circuit1.课题技术指标基本要求对一个特定频率的方波进行变换并产生多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。
信号波形合成实验报告
信号波形合成实验电路摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。
题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。
振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结合，产生6MHz 的方波源。
分频电路采用74HC164 与74HC74分频出固定频率的方波，作为波形合成的基础。
滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形的滤波电路。
移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结果造成影响。
关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器Experimental waveform synthesiscircuitAbstract：The design consists of a square wave oscillator circuit,divider circuit, filter circuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject of the request of the point frequency of the various parameters of processing, production of a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz and 30KHz sinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a wave amplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystal oscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz. Frequency circuit 74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency square wave, as a basis for waveform synthesis. Filtering using TI's op LC084, respectively, set the waveform of the filter circuit. Phase-shifting circuit in the main processing phase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of the waveform synthesis.Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shifting circuit1.课题技术指标1.1 基本要求对一个特定频率的方波进行变换并产生多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。
信号波形合成实验电路设计
_____________________________________________________________________________设计报告信号波形合成实验电路2016-1-17设计报告信号波形合成实验电路摘要：利用NE555产生10kHz的基准方波信号，用CPLD EPM1270对方波信号进行分频，分别产生10KHZ,30KHz,50KHz的方波信号，以及500KHz，1.5MHz的时钟信号（用于巴特沃斯低通滤波器的时钟信号），并完成数据转换控制及LCD显示驱动；用TI的TLC04ID四阶巴特沃斯低通滤波器对10KHz,30KHz方波进行低通滤波，产生相应的正弦波信号，而50KHz的正弦波信号，用二阶有源带通滤波器对50KHz的方波进行处理来获得；采用有源RC网络对正弦波进行移相，调整电阻R可实现对10KHZ，30KHz，50KHz 的正弦波信号约101度范围的移相；采用运放求和电路对10KHZ，30KHz，50KHz的正弦波信号进行相加，实现近似方波、三角波的合成。
另外，用AD563将正弦交流电压转换成直流电压，用TI的ADC TLC549进行电压幅度检测，测量误差在5%以内。
完成了该题目的基本要求和发挥部分的全部内容。
共用TI公司五种IC。
关键词：波形合成滤波器移相网络电压测量一、系统方案论证根据题目要求，设计制作一个电路，将产生的频率为6MHz方波信号，经分频滤波后得到10KHz、30KHz、50KHz频率的正弦信号，然后将这些信号再合成为近似方波信号和近似三角波信号，并制作数字显示电表，检测并显示各正弦波信号的幅值。
1．方波振荡器方案比较方案1：555电路产生方波信号方案2：运放电路产生方波信号方案3：用门电路及石英晶体产生方波信号。
其中，方案1、2所产生的方波信号频率不高，频率稳定性较差，而方案3产生的方波信号频率稳定度高，也可产生较高频率（MHz以上）信号，故采用方案3产生方波信号。
信号波形合成电路报告_TI杯电子设计竞赛
信号波形合成实验摘要：本系统利用方波产生电路，产生频率为300KHz 的方波，经过分频、滤波处理，得到10KHz 、30KHz 、50KHz 三种正弦波并分别作为基波，三次谐波、五次谐波进行移相、叠加，最终得到一个近似方波信号。
该系统主要模块为：方波产生模块，分频模块，滤波模块，移相模块和叠加模块。
其中分频功能是利用DEO 板实现，分频性能突出；滤波模块采用集成运放OP07CP ，选频性能良好；同时使用有源RC 移相电路，实现信号的相位调节；叠加之前，为了使产生的信号波形无明显失真，利用单片机对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示，三种正弦信号的幅度峰峰值分别为6V 、2V 和1.2V ，经测试，电路大部分指标能够达到题目要求。
关键字：振荡 方波 分频 滤波 移相1. 理论分析理论上，任何信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。
对周期信号由它的傅里叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。
1.1 方波的产生方波按傅里叶级数展开为：）5sin 513sin 31sin （π4)( +++=t t t Ud t f ωωω 通过一个选频网络可以将信号所包含的某一频率成份提取出来。
将被测方波信号分别加到其基波和各次奇谐波频率的一系列有源带通滤波器电路上。
从每一有源带通滤波器的输出端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。
本实验所用的信号是300KHz 的方波，而用作选频网络的3种带通滤波器的输出频率分别是10KHz 、30KHz 、50KHz 。
在理想情况下，偶次谐波应该无输出信号，始终为零电。
理想情况下奇次谐波中一、三、五次谐波的幅度比应为1：1/3：1/5。
1.2 三角波的产生三角波按傅里叶级数展开为：)5sin 513sin 31(sin 8)(222 ++-=t t t Ud t f ωωωπ由此可知，将移相之后正弦波的幅值调整为1：1/9：/25，其中，三次谐波的相位与基波、五次谐波相差180度。
「信号波形合成电路报告_TI杯电子设计竞赛」
「信号波形合成电路报告_TI杯电子设计竞赛」标题：信号波形合成电路报告_TI杯电子设计竞赛摘要：本报告介绍了在TI杯电子设计竞赛中，设计和实现的信号波形合成电路。
该电路可以通过组合不同频率和幅度的信号，生成复杂的波形。
本报告将从需求分析、电路设计、仿真结果和实际实现等方面进行详细说明。
一、引言信号波形合成电路是一种广泛应用于通信系统、音频处理和测试测量领域的电子电路。
通过合成不同频率、振幅和相位的信号，可以实现各种复杂的波形生成。
本次设计竞赛的目标是设计一种高性能的信号波形合成电路，并能够通过外部输入信号进行控制和调节。
二、需求分析1.功能需求：电路需要能够接受外部输入信号，并根据输入信号的指令来合成对应的信号波形。
合成的波形应具有较高的精度和稳定性。
2.性能需求：电路应具备较宽的频率范围，能够合成不同频率的信号波形。
同时，电路的合成精度应尽可能高，以保证波形的准确性。
3.控制需求：电路需要能够根据外部输入信号的指令，控制合成波形的频率、幅度和相位等参数。
三、电路设计1.输入模块：电路需要具备外部输入接口，以接收外部信号的指令。
采用模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号，并通过微处理器进行处理。
2.波形合成模块：电路通过数字信号处理技术，通过组合不同频率和幅度的基波信号来合成复杂的波形。
采用数字合成频率器（DDS）实现频率的精确控制，并通过数字模拟转换器（DAC）将数字信号转化为模拟信号。
3.控制模块：电路通过微处理器控制，可以根据外部输入信号的指令，调节波形的频率、幅度和相位等参数。
通过按键或旋钮输入指令，并通过数码显示器进行显示。
四、仿真结果通过使用Simulink等仿真工具，对设计的电路进行仿真分析。
通过输入不同频率、幅度和相位的信号，观察输出波形的准确性和稳定性。
仿真结果表明，设计的电路能够有效地合成复杂的波形，并且波形的精度满足设计需求。
五、实际实现基于仿真结果和电路设计的要求，使用电子元器件和电路板进行实际的电路搭建和测试。
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全国大学生电子设计竞赛2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛设计报告题目：信号波形合成实验电路（C题）学校：武汉大学指导老师：参赛队员姓名：日期：2010年08月24日2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题信号波形合成实验电路（C题）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多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。
课题要求是首先设计制作一个特定频率的方波发生器，并在这个方波上进行必要的信号转换，分别产生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后的目标信号为10KHz近似方波和近似三角波。
另外设计一个正弦信号幅度测量电路，以测量出产生的10KHz、30KHz和50KHz正弦波的的幅度值。
课题还给出了参考的实现方法，见下图。
图1 电路示意图图1 课题参考实现方案二、实现方案的分析1．基本方波发生器方案的分析方波的产生方法很多，如用运算放大器非线性产生、用反向器及触发器产生、也可用模数混合时基电路ICL7555产生等。
本例采用第一种方案，最符合题意要求。
2．波形变换电路方案的分析从某方波中提取特定频率的正弦波方案很多，如用窄带滤波器直接从方波中提取所需的基波或谐波；用锁相方法进行分频或倍频产生所需频率；用数字分频方案，从较高频率的方波或矩形波中通过分频获得所需频率方波并进行变换获得正弦波。
本课题采用第三种方案。
3．移相方案分析在方波——正弦波转换中，难免会产生附加相移，通过移相来抵消附加相依，以便信号合成时重新实现同步。
根据微分电路实现相位超前、积分电路实现相位滞后的理论，因此，采用微伏和积分来实现移相。
4．信号合成方案分析方波信号经过波形变换和移相后，其输出幅度将有不同程度的衰减，合成前需要将各成分的信号幅度调整到规定比例，才能合成为新的合成信号。
本课题采用反向比利运算电路实现幅度调整，采用反向加法运算实现信号合成。
5．信号检测和显示方案分析信号检测和显示部分采用MSP430单片机，由于信号最高频率仅50KHz ，采用高速运放TLC083I 配合高频检波二极管和周围阻容元件制作一个平均值检测电路，送单片机的10位AD 转换并换算，得到其幅值，送显示器LCD1602控制显示。
三、总体方案的设计与实现1．方波发生器电路的设计与实现本课题的方波发生器部分采用运算放大器设计，作为运算放大器非线性应用的最典型实例之一，通过制作后实测的效果看，所产生的频率稳定可靠。
图中，R1和R2用于改变滞回系数，（R3+RW1）与C5决定了充放电的速率，充电周期为T1，放电周期为T2，且这里的T1=T2，设总的充放电周期为T ，由此可得：T1=T2=（R3+RW1）×C5×Ln （1+2R1/R2） T =T1+T2；T=2T1T=2×（R3+RW1）×C5×Ln （1+2R1/R2）由于R1=R2；所以T=2×（R3+RW1）×C5×Ln （1+2R1/R2）=2.2×（R3+RW1）×C5若所选频率f=300KHz=300000Hz ，并且C5=1000P ，则T=1/f =1/300000Hz （S ）=3.333333×10－6（S ）则2.2×（R3+RW1）×C5=3.333333×10－6（R3+RW1）=（3.333333×10－6）/（2.2×1000×10－12）=1500（Ω）=1.5（K Ω）选择RW 电位器为2K Ω，配合330Ω的电阻，调节电位器改变振荡频率。
2．分频电路的设计与分析分频电路实现将某方波通过分频产生10KHz 、30 KHz 和50 KHz 的新的方波。
根据题意要求，在某特定频率的方波上要产生几个其他频率方波，可按照这些频率的最小公倍数×2为原则，题目要求的三个频率为10KHz 、30KHz 和50KHz ，其公倍数为150KHz ，再乘以2，则上述方波发生器为300KHz 。
验证一下：300KHz 频率30分频得10KHz ，10分频30KHz ，6分频50KHz 。
采用十进制计数分配器CD4017配合D 触发器CD4013实现分频为上述3个频率的方波，CD4017默认10分频，下图中二极管正极连接位置决定分频系数。
对于CD4013，所起的作用是将由CD4017分频后非50%占空比调节为50%。
设计电路见图3所示，300KHz 输入信号送CD4017的CLK （14pin ），输出信号从CD4013的Q 端送出。
图2 模拟电路300KHz 方波电路图3 分频器电路该图中由于D2接CD4017的Q3，因此实现将300KHz 3分频，为300KHz/3=100KHz再经后级CD4013进行2分频，获得了100KHz/2=50KHz的频率。
对于30KHz和10KHz的分析计算方法相同，不再细述。
3．方波——三角波变换电路方波——三角波变换电路采用由运算放大器组成的有源积分电路实现，见图4所示。
图4 方波——三角波变换电路4．三角波——正弦波变换电路三角波——正弦波变换电路采用单级RC无源积分电路实现，见图5所示。
图5 三角波——正弦波变换电路5．移相电路在上述变换电路中曾出现过RC 积分电路的应用，则会产生一定的相移，为了使合成波形达到相位要求，必须实现三路波形同步，这里的移相电路便实现这个功能，见图6所示。
其中图6（a ）实现滞后相移90 o ；图6（b ）实现超前相移90 o 。
（a ）滞后移相 （b ）超前移相图6 移相电路根据需要，后续电路可接入超前移相的或滞后移相的移相器。
6．比例运算和和合成电路的分析和计算课题要求合成后的波形类同于方波和三角波，则三个频率分量要满足傅立叶变换系数的要求，这里就需要系数矫正电路，即比例运算电路，通过比例调节后加到一个加法器组成的叠加电路中，实现所要达到的相应的波形。
设计的电路见图7所示。
图7 比例运算和和叠加电路在进行信号合成前，各波形（10KHz 的基波、30KHz 的三次谐波、50KHz 的五次谐波）的幅度和相位都要进行按规定调节好，以下探讨信号叠加前各波形之间的相位和关系。
1）方波由傅立叶级数对方波予以分解可得...)sin 1...3sin 31(sin 4)(++++=t n n t t n A t f ϖϖωπ可见各级谐波的系数比为51:31:1。
合成方波时，据题意，kHz 10正弦波的峰峰值为6V ，kHz 30正弦波的峰峰值为2V ，kHz 50正弦波的峰峰值应为1.2V 。
另外，这些谐波要求初相位相同，由式可知，初相位均为零。
各自所需幅值可通过调节三个放大器的放大量获得，初相可通过上一节对相位调节电路的调节来获得。
2）三角波同样由傅立叶级数对方波予以分解可得...))1sin()1(1sin 1...5sin 513sin 31(sin 4)(2222t n n t n n t t t n A t f ϖϖϖϖωπ++-+++-=可见前三级各级谐波的系数比为251:91:1-。
合成三角波时，据题意，kHz 10正弦波的峰峰值为6V ，kHz 30正弦波的峰峰值为0.67V ，kHz 50正弦波的峰峰值应为0.24V 。
另外，这些谐波中每隔一个相位取反。
各自所需幅值可通过调节三个放大器的放大量获得，初相可通过上一节对相位调节电路的调节来获得。
6．单片机的监测电路和检测显示流程单片机的任务就是测量某路的正弦波的幅值和送显示，其组成部分有精密检波电路、平滑滤波电路、单片机MSP430F2274最小系统和LCD1602字符液晶显示器等几个部分组成，见图8所示。
图8 单片机检测和显示系统框图该部分精密检波电路采用平均值全波精密检波方案，实现将10KHz 、30 KHz 、50 KHz 各个正弦波被测信号转换为脉动全波直流电，其电路图和波形图如图9所示。
图9 全波精密整流电路及输入输出波形上图中的脉动直流电还不能直接送单片机检测，可加一RC 平滑滤波电路后为平滑直流电，如图10所示。
整个项目的程序编制尤为简单，如下框图所示。
图14 程序流程图四、整机指标及系统测试1．整机指标1）电源供电：双DC8V ±2V ，60mA（a ）RC 平滑滤波电路 （b ）滤波后的波形图10 RC 平滑滤波电路和波形uiuouo 0t约平均值2）使用环境：温度-20O C——+80 O C；湿度0——95%RH3）外观尺寸420×360×754）MCU检测系统的检测误差：小于等于2%2．系统测试1）目标为方波系统时分解后的各信号测试）：10KHz为6.03V；30KHz为2.01V；50KHz为1.18V 分离的正弦波幅度（V P—P分离的正弦波失真度：10KHz为20%；30KHz为16%；50KHz为9%2）目标为三角波系统时分解后的各信号测试）：10KHz为6.03V；30KHz为0.63V；50KHz为0.26V 分离的正弦波幅度（V P—P分离的正弦波失真度：10KHz为20%；30KHz为14%；50KHz为21%3）合成后的方波：（10KHz+30KHz）失真度22%，幅值：5.08V（10KHz+30KHz+50KHz）失真度17%，幅值：4.93V4）合成后的三角波：（10KHz+30KHz+50KHz）失真度15%，幅值：7V付录1：信号分解与合成部分整机电路图1附录2：印制电路板图2附录3：合成波形图1（方波10KHz+30KHz）附录4：合成波形图2（方波10KHz+30KHz+50KHz）附录5：合成波形图3（三角波10KHz+30KHz+50KHz）。