信号波形合成的电路设计
信号波形合成实验电路的设计与制作
摘要: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。
关键词:CD4046CD4018MSP430F149OPA820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系统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C 1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。
f 0=1/8*C 1*((V 1-V GS )R 1+(V DD -2*V TP )R 2)其中V 1是9脚的输入电压，V GS 是锁相环内部MOS 管的栅-源极压降，V TP 是栅极的开启阈值电压，V DD 是工作电压。
当C 1=103Pf，R 1=100k 时，振荡频率变化范围为80-150KH Z 。
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。
信号波形合成实验电路+电路图
信号波形合成实验电路+电路图信号波形合成实验电路+电路图第一章技术指标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 方波振荡器2 分频电路设计3 滤波电路设计4 移相电路设计5加法电路设计6整体电路图第四章测试与调整1 分频电路调测2 滤波电路调测3 移相电路调测4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：产生一个合适频率的方波，本实验中选择6MHz；2.2 分频器：将6MHz方波分频出10kHz、30kHz和50kHz的方波；2.3 滤波器：设计中心频率为10kHz、30kHz、50kHz三个滤波电路，产生相应频率的正弦波；2.4 移相器：调节三路正弦信号的相位；2.5 加法器：将10kHz、30kHz和50kHz三路波形通过加法电路合成，最终波形如图2。
2.6该系统整体结构如图3图2 基波、三次谐波和五次谐波合成的方波图3 电路示意图第二章整体方案设计1 方案设计1.1理论分析周期性函数的傅里叶分解就是将周期性函数展开成直流分量、基波和所有n阶谐波的迭加。
数学上可以证明方波可表示为：（1）其中A=4h/ ，h为方波信号峰值。
已知基波峰峰值要求为6V，故A=3 ，所以3次谐波对应的幅值为1V，5次谐波对应的幅值为0.6V。
第五组--信号波形合成电路实验(2010年电子竞赛C题论文)2
高，在高压、高频、大功率的场合不适用。 综合以上的分析，由 TI 公司生产的宽带低失真单位增益稳定的电压反馈运算放
大器 OPA842 组成的滤波电路满足本次设计的要求，因此选择方案二。 1.1.3 移相电路
方案一：用双极性运算放大器 OP07 组成的移相电路，由于 OP07 具有非常低的 输入失调电压，所以在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07 是一种低噪声， 非斩波稳零的双极性运算放大器，由它组成的移相电路具有电路简单、工作可靠、成 本低、波形好、适应性强，而且可以提供 180°的相移。
表一：信号编码表
A0
A1
X
1
0
0
1
0
波形 正弦波 方波 三角波
A0、A1 表示波形设定端；X 表示任意状态；1 为高电平；0 为低电平。 74LS14 非门对输出的信号进行整形，使输出的波形更加的理想。 3.1.2 分频电路 分频电路如附录图 3 所示，由 74LS90、74LS00、CD4013 三片芯片组成。先将 300KHz 的方波信号进行 3 分频、5 分频、15 分频，再通过 D 触发器二分频，最终得到 50KHz、 30KHz、10KHz 的正弦波信号。 74LS90 不仅可以用于计数，还能用于分频，一片 74LS90 可构成最大进制计数器 是十进制，若分频数大于 10，则要用两片或多片级联，级联后高位的周期即为分频 后的周期，但占空比并非 50%，这就需要用 D 触发器对分频后的方波进行整形。74LS00 是四集成与非门，在电路中起缓冲隔离的作用。CD4013 是由两个相同的、相互独立 的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q 及 Q
方案三：用 MAX038 精密、高频波形发生器来产生方波信号，电路结构简单，能产 生 0.1Hz～20MHz 的方波信号，波形的频率和占空比可以由电流、电压或电阻控制 。 MAX038 构成的电路低失真、低漂移、外围元件少、可靠性和稳定性好，但相对于上 面的方案而言，价格会稍高一点。
信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路摘要：本设计通过ICL8038产生300K方波信号，再通过计数器CD4518及74LS161与D 触发器分频成多个不同频率的方波信号，并将这些信号经过巴特沃斯低通滤波器、反相比例运放电路、 型滤波电路、跟随器，将其转换为10K、30K、50K正弦信号，再经RC移相电路之后，利用同相输入求和加法器将峰峰值分别为6V、2V、1.2V的正弦波合成为近似方波及其他信号。
Abstract：This design can produce 300KHz square-wave signals by ICL8038, then spilt frequency through CD4518 counter with D flip-flop 74LS161 , and will put these signals through butterworth low-pass filter, opposite proportion amp circuit, filter circuit and follower circuit,and will produce 10KHz,30KHz and 50KHz sine signals, then by using RC phase-shifting circuit with these signals and same-phase sum adder,it can compound 6V、2V、1.2V sine signals to produce approximate sine signals and other signals.一、系统方案与论证1.1高频方波产生电路的比较方案一：采用555定时器，555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容就可以产生方波。
缺点是本电路需要产生高频方波，而用555定时器产生的高频方波不稳定。
方案二：采用ICL8038精密压控函数发生器，ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～1M Hz的正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。
信号波形合成实验电路
信号波形合成实验电路（C 题）内容介绍：该项目基于多个正弦波合成方波与三角波等非正弦周期信号的电路。
使用555电路构成基准的方波振荡信号，以74LS161实现前置分频形成10KHz 、30kHz 、50kHz 的方波信号，利用TLC04滤波器芯片获得其正弦基波分量，以TLC084实现各个信号的放大、衰减和加法功能，同时使用RC 移相电路实现信号的相位同步；使用二极管峰值包络检波电路获得正弦信号的幅度，以MSP430作为微控制器对正弦信号进行采样，并且采用段式液晶实时显示测量信号的幅度值。
1方案 1.1题目分析考虑到本设计课题需要用多个具有确定相位和幅度关系的正弦波合成非正弦周期信号，首选使用同一个信号源产生基本的方波振荡，使得后级的多个正弦波之间保持确定的相位关系。
在滤波器环节，为了生成10kHz 、30kHz 和50kHz 的正弦波，我们需要使用三个独立的滤波器，由于输入滤波器的是10kHz 、30kHz 和50kHz 的方波信号，所以可以使用带通滤波器或者低通滤波器，并且尽量维持一致的相位偏移。
从Fourier 信号分析理论看，合成 数学上可以证明此方波可表示为：)7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ三角波也可以表示为：)7sin 715sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ由以上的数学分析可知，保持各个正弦波之间的相位和幅度的准确关系是准确合成方波和三角波的关键，为此，需要为各个频率的正弦波设计移相电路和放大电路以调节大小和相位关系。
在正弦波幅度测量与显示部分中，需要使用MCU 采集并处理信息，使用液晶显示数值。
1.2系统结构系统结构如图1所示，使用同一个方波发生器作为基准，以便实现相位同步；为补偿在分频器和滤波器中出现的相位偏移，需要后级进行相位和幅度校准。
信号波形合成实验电路的设计与制作
图 ７ 峰 值 检 波 电路
【 ３ 】 ＭＳＰ ４ ３ Ｏ ｘ １ ｘ ｘ Ｆ ａ ｍ Ｉ ｖ Ｕｓ ｅ ｒ 。 ｓ Ｇｕ ｉ ｄ ｅ Ｅ ｒ ｒ ａ ｔ ａ ， Ｔ ｅ ｘ ａ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｔ —
ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． ＵＳ Ａ．
幅值检 测显 示 电路
２ ９ ７
１所 示 。
表 ） 实际频 率（ Ｈ ）峰 峰值 （ Ｖ） 测量值（ Ｖ） 测量误差
图 ６ 加 法 电路
参考文献 ：
【 １ 慷 华光． 《 电子技术基础——模 拟部分》 ， 高等教育出版社 ， ２ ０ ０ ６
１．
【 ２ ］ ＳＬ ＡＵＯ ４ ９ Ｄ， ＭＳＰ ４ ３ ０ ｘ１ ｘ ｘ Ｆ ａ ｍｊ ｌ ｖ Ｕｓ ｅ ｒ ‘ ｓ Ｇｕ ｉ ｄ ｅ ， Ｔ ｅ ｘ ａ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｔ —
图 ５ 移 相 电 路
移 相 电路如 图 ５所 示 ， 由两 级 运放 组 成 ， 本 设计 中采 用Ｌ Ｆ ３ ５ ３， 第一 级运 放 与 Ｃ１ ７ 、 Ｒ ２ ３构 成 有源微 分网络 ， 第 图８ ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９幅 值测 量 显 示 电路 二级 运放 与 Ｒ ２ ４ 、 Ｃ １ ９组 成有 源积 分 网络。 当输 入正 弦 交 其 中 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９是 Ｔ Ｉ 公司 １ ６位 超 低 功 耗 单 片 流信 号 时 ， 第 一 级 运放 输 出超 前 相 位信 号 ， 第 二级 运 放输 机。由 ２个 １ ６位定 时器 、 ８路 快速 １ ２位 Ａ ／ Ｄ 转换器 、 ２个 出一 滞 后相 位信 号 ，通过 调 节 Ｒ ２ ４可 使输 出信 号 与 输入 通用 串行 同步 ／ 异步 通信 信 号 接 口和 １ ８个 Ｉ ／ Ｏ 引脚 等构 信 号相 位 发生 变化 。 成 的微 控 制器 。 其特 点是 电源 电压 范 围为 １ ． ８ Ｖ 一 ３ ． ６ Ｖ ， 超低 加 法 电路 功耗 ， 内部 集成 看 门狗定 时器 。 加 法 电路 如 图 ６所 示 ，本 设计 采 用 同相 输 入 加 法 电 通过 Ｆ １ ４ ９单 片 机 的 Ｐ １ ． ０ 、 Ｐ １ ． １和 Ｐ １ ． ２口分 别进 行 路。输出 Ｕ 。 ＝ （ １ ＋ Ｒ ２ ５ ， Ｒ ２ ７ ） （ Ｕ１ ＋ Ｕ ２ ＋ Ｕ ３ 】 。当 Ｒ ２ ５ ＝ Ｒ ２ ７ 时， Ｕ 。 ＝ ２ ＡＤ采样 ，得 到 １ Ｏ Ｋ Ｈ Ｚ 、 ３ ０ Ｋ Ｈ Ｚ和 ５ ０ Ｋ Ｈ Ｚ正 弦波 的幅值 ， （ Ｕ ＋ Ｕ ２ ＋ Ｕ 。 ） ， 此时 实现输 入信 号 叠加 。 通 过 按键 Ｓ Ｗ１ 、 Ｓ Ｗ２ 、 Ｓ Ｗ ３切 换 在 １ ２ ８ ６ ４液 晶 上 显 示 各 自峰值。 ２ 测试 结果 在 测试 阶段 ， 我 们 对得 到 的正 弦波 进 行 了频 率 、 峰 峰 值 的测 量并计 算 了峰峰值 测 量误差 。 测试 得 到 的数 据如 表
方波信号合成电路
摘要：信号波形合成实验电路主要由120KHz的方波发生电路、分频电路、滤波电路、调理电路、加法电路等模块组成。
120KHz的方波信号通过30分频、10分频、6分频产生4KHz、12KHz、20KHz的方波信号。
经滤波电路和调理电路得到正弦波信号，通过加法电路将信号合成近似方波信号。
关键词：信号波形合成；30分频；10分频；6分频一、方案比较与论证（一）、项目总体方案分析（二）1．方波信号产生电路方案一：用555定时器接成的多谐振荡器，能使产生的方波占空比可调，即高电平持续时间与低电平持续时间的比值可调；占空比10％～90％。
产生频率约为1.5KHZ的矩形波，矩形的电压峰峰值为电源电压+5V。
该频率难达到150KHz。
方案二：用TLC083芯片，它是一种迟滞比较器，具有开环特性，压摆率可达到19V/us,带宽10MHz。
通过以上比较分析，我们选用方案二。
2．分频器:方案一：采用可编程逻辑控制器方案二：采用74LS161对120KHZ的方波信号进行分频可得占空比为50%的12K.20KHZ的信号，它的电路构成比较简单，成本较低3．滤波电路方案一：采用RC滤波电路，由于电阻R与频率变化无关，RC低通滤波器在器件选材方面要简单，但不适合大功率输出，仅可作为弱信号处理与微小功率应用。
方案二：采用TLC04芯片，四阶低通滤波器。
TLC04的截止频率的稳定性只与时钟频率稳定性相关，截止频率时钟可调，其时钟一截止频率比为50：1，因而设计截止频率为1/1.69×RF1×CF1×50=251.8Hz，满足了振动时效和振动焊接工艺的要求。
通过以上方案比较，我们选用方案二。
4．调整电路方案一：同相比例运算电路，它是深度电压串联负反馈电路，调节反馈电阻和反相输入电阻比值可调节比例系数，且比例系数大于或等于一方案二：反相比例运算电路，它是深度电压并联负反馈电路，可作为反相放大器，调节反馈电阻和反相输入电阻比值即可调节比例系数，比例系数既可大于一也可小于一，但它不可去处直流分量方案三：在反相比例运算电路的基础上将反相比例运算电路的正向输入端电阻改成可调电阻，并在可调电阻的另两端接上+、-5V 。
【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。
信号波形分离及合成实验电路
“信号波形分离及合成”大综合电路设计题目一、课题的任务课题任务：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。
电路方框图：图1 课题参考实现方案要求：（1）6人为一个小组，请各班课代表将组队名单（包括小组长）交给指导教师。
（2）在购买元器件清单之前，要将仿真报告上传到指导教师的邮箱上，或BB平台上，经确认后以班级为单位购买元器件，发票统一开1张，发票单位是中国计量学院，（其中通用板、导线、焊锡丝由老师提供）。
（3）6人为一个小组完成上述电路(可以分工分为两个模块实现)。
小组长分工要注意协调、合理，加强团队合作精神。
（如部分人做振荡电路、部分人做分频电路，最终合成一个产品）。
（4）最终综合报告模板请见相关通知（每小组提交一份报告，手写中国计量学院信纸）。
（5）制作完成后以小组为单位答辩，每人负责回答相关电路一个问题。
（6）仿真报告上交时间为11周的周三前，12周开始焊接调试。
16周前全部答辩上交实物作品及综合报告。
（7）开放时间：为了便于学生调试，搭接电路，12周-16周周六全天实验室303室、302室对同学开放。
二、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；+12分（2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；+12分（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。
+26分图2 利用基波和3次谐波合成的近似方波（4）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，如图3所示；+15分图3 利用基波和3、5次谐波合成的近似方波（5）根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形如图4所示；+20分图4 利用基波和3谐波合成的近似三角波（6）创新功能及美观布线等其它。
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
信号波形合成
课程设计报告设计课题：信号波形合成实验专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：目录一、课程设计目的 (1)二、课程设计题目描述和要求 (1)1．基本要求 (1)2．发挥部分 (2)三、系统分析与设计 (2)1、方案设计 (2)方波振荡部分 (2)分频部分 (2)滤波部分 (2)移相、放大部分 (3)波形合成部分 (3)2、硬件实现 (3)方波振荡器 (3)分频器 (4)滤波器 (5)移向、放大器 (5)波形合成器 (6)四、系统调试过程中出现的主要问题 (7)五、系统运行报告与结论 (7)六、总结 (9)七、参考书目 (9)八、附录 (10)信号波形合成实验一、课程设计目的设计制作一个电路，能够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其他信号。
电路示意图如图1所示：图1 电路示意图二、课程设计题目描述和要求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2．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；（2）根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形；（3）其他。
三、系统分析与设计1、方案设计方波振荡部分方波振荡电路采用555定时器组成多谐振荡器，调节至300kHz 左右方波，由于之后的分频电路具有调节占空比功能，所以方波产生电路暂时不需要调节占空比。
分频部分分频部分实现将产生的方波通过分频产生10kHz 、30kHz 和50kHz 的新的方波。
04队——信号波形合成设计报告
信号波形合成实验报告摘要：本电路实现了基于多个正弦波合成方波与三角波等非正弦周期信号的电路。
本设计由六个模块构成：方波信号产生模块，正弦信号产生模块（滤波模块），相位调节模块，幅度调节模块，波形叠加模块，以及正弦波幅值测量。
使用555电路构成基准的300KHz 的方波振荡信号，以74LS163、CD4013实现分频形成10KHz、30kHz、50kHz的方波信号，利用有源滤波器获得其正弦分量，以TL082实现各个信号的放大、衰减和加法功能，同时使用有源RC移相电路实现信号的相位调节；使峰值检测电路获得正弦信号的幅度，以MSP430F5xx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的幅度值。
关键词：方波振荡方波分频及滤波移相信号合成峰值检测MSP430F5xx一、方案设计1、方框图设计制作一个电路，能够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其他信号。
电路示意图如图1所示：图1电路示意图2、整体思路（1）用555定时器构成多谐振荡器产生300kHz的方波；（2）利用4位二进制同步计数器（同步清零）74LS163配合D触发器CD4013实现分频功能，分别产生10kHz,30kHz,50kHz的方波；（3）将产生的单极性方波经过比较器变为双极性，采用二阶有源低通滤波电路，分别获得相应频率的正弦波信号；（4）采用RC移相电路调节输出正弦波信号的相位，采用比例放大电路调节正弦波的幅值，再利用加法器合成近似正弦波和三角波；（5）设计分立二极管电容型峰值检测器，检测各正弦信号的幅度；并用液晶显示屏显示相应的幅值。
二、单元电路方案设计与论证1、方波振荡电路方案一：用555定时器构成多谐振荡器产生300kHz的方波，通过数字分频电路分出10kHz，30kHz和50kHz的方波，再通过滤波提取相应的正弦波，这样提取出来的正弦波相位关系确定，适合于方波、三角波合成。
方案二：使用晶振，晶振产生的方波频率精确，但一般晶振频率较高，而且不能调节，对后级分频电路的要求较高。
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。
第六组---信号波形合成实验电路设计
信号波形合成实验电路设计指导老师：邵建设队员及年级：方辉（08级），卫鹏（08级），谭诗梦（08级）学校及院系：黄冈师范学院物理科学与技术学院摘要：本设计通过产生不同频率和幅值的正弦信号，并将这些信号合成为近似的方波和三角波，构成了信号波形合成实验电路。
本系统主要由8个部分构成：由MAX038构成的方波振荡电路；主要由集成计数器74LS90和作为D触发器的CD4013构成的分频电路；使用OPA842构成的窄带通滤波电路；由双运放构成的移相电路；加法器合成电路；三角波合成电路；使用AD637构成的真有效值检测电路；单片机控制电路。
在本设计中，方波振荡电路可产生不同频率的方波，经过分频电路和隔直电容以后成为双极性方波。
再经过滤波和放大以后得到了所需的各次谐波，其经过移相电路之后初相位相同，即可通过加法器合成为近似的方波和三角波。
各次谐波有效值可检测并由单片机控制对幅度进行显示。
系统工作稳定，基本达到了题目的所有要求。
关键字：方波振荡电路；分频；移相；真有效值；信号合成。
一、方案设计与论证1.1 方案设计1.1.1 方波振荡电路设计方案方案一：用555定时器构成的多谐振荡器产生单极性方波（脉冲）。
可将电路设计为占空比为50%的单极性方波，该电路灵活方便，低功耗，输入阻抗高，输出驱动电流大。
但其回差电压过大，产生波形的频率不够精确，易失真。
故不采用此方案。
方案二：用信号源产生双极性方波。
采用低温漂、低失真、高线性单片压控函数发生器集成电路MAX038设计，能精密地产生三角波、方波、正弦波信号；频率范围从0．1Hz～20MHz，最高可达40MHz；占空比调节范围宽，最大调节范围10％～90％，利用控制端FADJ、DADJ实现频率微调和占空比调节，互不影响；波形失真小，占空比调节时非线性度低于2％。
从频率范围，频率精确度，对芯片及波形的控制性能，都能达到要求。
故采用此方案。
1.1.2 分频电路设计方案方案一：利用数字电路设计分频电路。
信号波形合成实验电路设计
设计报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。
2. 分频电路方案比较方案1:采用选频电路提取方波的谐波信号，分别得到基波、三次谐波和五次谐波频率信号。
缺点：对选频电路的指标要求高，电路不易实现，得到的谐波信号也不稳定。
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。
信号波形合成毕业设计论文
内容摘要：本系统采用NE555芯片作为方波发生电路产生120kHz的方波信号，然后利用十进制计数器CD4017和双D触发器CD4013将120kHz的矩形波信号分频，得到10kHZ、30kHZ三种不同频率的方波，将方波信号经滤波处理后，得到单频的正弦信号，产生的信号波形应无明显失真，为了保证最终波形的叠加效果，使用幅度与移相调节电路对两路信号进行调整，两路信号进入加法器叠加，最终得到近似的合成波形。
系统主要由四大模块构成：方波发生电路，分频滤波电路，幅度与移相调节电路和波形合成电路构成。
关键词：方波振荡器分频与滤波移相电路加法器单片机前言本设计的任务是使学生获得信号与系统分析方面的基本理论、基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为深入学习通信、电子信息类专业有关课程及以后从事专业工作打下良好的基础。
本设计的特点是应用的数学工具多、公式多,数学演绎复杂。
如何把抽象的数学语言和具体的物理概念与实际应用联系起来,也是学习中要解决的重要问题。
为了达到这一目的,课程实验是一个必不可少的环节。
让学生有机会尽早接触正弦波、方波等周期信号以及调幅波、调频波等调制信号,通过多观察、多测试、多分析,理论联系实际,举一反三,融会贯通,掌握观察、测试和分析信号与系统的基本方法,培养使用基本分析工具的能力。
为此我们引入信号的分解与合成来解决这样的问题。
从而有了我们这次的课题——信号波形合成。
学生可以通过示波器来观察试验结果是否与理论一致,观察出现的误差并分析原因。
经过实验课程的不断尝试,证明实践性教学能够加强学生对相关知识的掌握和理解,而且通过实验,锻炼学生用模拟，数字电路理论分析解决实际工程问题的能力,不仅大大提高学生的动手能力,而且为后续的相关课程的学习以及毕业设计奠定了坚实的基础。
1系统方案设计及论证1.1系统总体方案本系统采用NE555芯片作为方波发生电路，产生稳定的120kHz的方波信号，将信号进行分频滤波处理，得到10K、30K二种不同频率的正弦信号，为了保证最终波形的叠加效果，使用调幅移相电路对二路信号进行调整，二路信号进入加法器叠加，最终完成波形合成。
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关键词：分频滤波移相方波合成
中图分类号：tn710 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）008-047-02
1 方案设计与论证
1.1 方波振荡电路设计
用ne555集成芯片外接电阻电容产生方波信号，能够满足设计的频率需要，该波的频率可以通过调节555定时器电路的放电电阻来进行调节。
该电路具有成本低廉，频率可调，上升沿陡的特点，故本设计采用该方法实现方波振荡电路。
1.2 分频器设计
在该部分电路设计时，设计者考虑了几个问题：首先，信号波形要纯净，频率成份清楚；其次，就是信号输出的占空比最好是50%，采用计数器电路可方便有效地实现分频功能。
在功能上能够满足需要且电路简单，因此决定采用计数器74ls161和74ls74芯片实现分频功能，最后得到占空比为50%的方波，故选择该方案实现分频。
1.3 滤波器设计
滤波单元电路完成的功能是将分频后的方波信号转化成相应频率的无失真的正弦信号。
要充分考虑滤波器过渡带、衰减带特性。
方案一：无源滤波。
rc无源滤波器具有电路简单，抗干扰性强，较好的低频性能，但是rc参数计算较为困难，在滤波特性上与有源滤波相比有一定差距。
方案二：有源滤波器。
有源滤波电路是指使用放大器实现滤波功能。
有源滤波能够滤除谐波，同时还可以动态补偿无功功率。
其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致，故采用此方案。
1.4 移相器设计
方案一：rc移相网络。
电路结构简单，但移相的同时会引起幅度较大衰减，需增加增益补偿电路，且参数调节较困难。
方案二：有源全通滤波器。
方案二电路结构较无源网络复杂，但在移相的同时不会引起幅度衰减，可省去增益补偿电路，故选用方案二。
1.5 加法器设计
该单元是将调相后的几路信号进行叠加，得到需要的波形信号。
故直接选择反相加法器实现该功能。
2 理论分析与计算
2.1 方波信号的分解与合成
周期信号是由一个或几个、乃至无穷多个不同频率的谐波叠加而成的，因此，周期信号可以分解成多个乃至无穷多个谐波信号。
方波信号的傅里叶级数展开如下：
(1)
在理想情况下，方波的偶次谐波应该无输出信号，始终为零电平，奇次谐波中的一、三、五次谐波的幅度比为1：（1/3）：（1/5）。
信号源输出300khz的方波信号经过分频滤波电路后可以得到10khz、30khz、50khz的方波，其计算公式表示如下：
(2)
频率为10khz的正弦波信号的峰峰值为6v，频率为30khz的正弦波信号的峰峰值为2v，
频率为50khz的正弦波信号的峰峰值为1.2v，则合成后的方波峰峰值为5v。
2.2 滤波器电路
取。
截止频率
选用sallen-key拓扑结构，如图1所示。
2.3 有源全通移相器
电路结构如图2所示。
理论计算：
取，则
令，则
理论上调节r可以实现0-180?暗南嘁疲 谌〉缏凡问 保 蟮囊葡喾段щ嵋晕 任 郏 岷鲜导是榭觯 畔瓤悸蔷 龋 碦、c取值相对较小，当需要较大范围的移相（如180?埃┦保 右患斗聪嗥鳎 缤·所示。
2.4 反相加法电路
把3个输入信号（vi1、vi2、vi3）同时加到运放的反相端，其输入输出电压的关系为：当r1=r2=r3=5k时，则有
若令rf =5k，则
3 电路测试及结果
3.1 调试过程
采用分级调试的方法，先调试方波振荡电路、分频器、巴特沃斯滤波器和加法器等各个模块都正常工作。
紧接着分别调试各个部分最优后进行整体调试。
3.2 测试结果
将各模块调好后，用示波器观察电路最后输出，得输出波形如图4，达到设计要求。
4 设计总结
综合上述测试结果，本设计较好的完成设计要求。
采用普通的运算放大器，完成了300khz 方波信号源电路，30分频电路、10分频电路和6分频电路，10khz、30khz、50khz低通滤波电路及移相电路，方波和三角波合成电路的设计和制作。
通过测试，获得了符合设计要求的正弦波信号和合成方波信号。