正弦失真度仪的报告
正弦信号参数测量报告
正弦波参数分析仪设计报告摘要本作品以MSP43单片机为控制核心，由波形变换电路、峰值检测电路、显示电路、单片机自带AD转换电路组成。
将信号变为方波后可直接由单片机测出其的频率，其峰值由峰值检测电路转换为直流信号并被单片机测量。
关键字：正弦信号；频率；峰值;MSP430单片机；AbstractThis design take MSP430MCUas control core, Provided by the waveform conversion circuit, the Peak detection circuit,the display circuit, AD conversion circuit in MCU. The frequency of Signal can be directly measured by the microcontroller when it is transformed as square wave , its peak by the peak detector circuit is converted into a DC signal and SCM measurements.Keyword:sinusoidal signal；frequency；Peak；MSP430 microcontroller；、系统方案论证与比较1、频率测量方案选择方案一：采用计数器芯片74LS161和8253。
该计数器芯片可以精确地对矩形波信号进行计数并直接与单片机交换数据，但其测量频率很有限，外围电路复杂，价格较贵。
方案二：利用MSP43单片机部含有两个定时/中断计数器，且每个定时/ 计数器均含有16位，可以通过定时器实现测频与测周,能够很好的满足测量频率为高频或是低频时的测量要求。
最终选择方案二，同时为了提高频率计的量程，分别对高频和低频信号采用测频和测周的测量方法。
且由此设计的频率计具有精度高、测量时间短，耗能少，使用方便等优点。
听力系统实验报告(3篇)
第1篇实验名称：听力系统性能测试与分析实验日期：2023年X月X日实验地点：XX大学听力实验室实验目的：1. 了解听力系统的基本原理和组成。
2. 测试听力系统的性能指标，包括信噪比、频率响应、失真度等。
3. 分析听力系统的优缺点，为实际应用提供参考。
实验器材：1. 听力系统：包括耳机、音频播放器、音频信号发生器等。
2. 测试仪器：示波器、频谱分析仪、信号发生器等。
3. 计算机及分析软件。
实验原理：听力系统是指将声音信号转换为电信号，经过放大、滤波、调制等处理后，再转换回声音信号的过程。
本实验主要测试听力系统的信噪比、频率响应、失真度等性能指标。
实验步骤：1. 系统连接：将耳机、音频播放器、音频信号发生器等设备按照要求连接好，确保信号传输的稳定性。
2. 信号输入：使用音频信号发生器产生不同频率、不同幅度、不同信噪比的信号，作为听力系统的输入信号。
3. 性能测试：a. 信噪比测试：调整信号发生器，产生一个特定频率的正弦波信号，信噪比为20dB。
通过示波器观察耳机输出的波形，计算输出信噪比。
b. 频率响应测试：使用不同频率的正弦波信号进行测试，记录耳机在不同频率下的输出幅度，绘制频率响应曲线。
c. 失真度测试：调整信号发生器，产生一个特定频率的正弦波信号，失真度为10%。
通过示波器观察耳机输出的波形，计算失真度。
4. 数据分析：对测试数据进行整理和分析，得出听力系统的性能指标。
实验结果与分析：1. 信噪比测试：经过计算，听力系统的输出信噪比为18dB，略低于输入信噪比。
这可能是由于耳机本身存在的噪声和系统内部损耗导致的。
2. 频率响应测试：从频率响应曲线可以看出，听力系统在100Hz到10kHz范围内具有良好的频率响应，符合人耳的听觉特性。
3. 失真度测试：听力系统的失真度为5%，处于较低水平，可以满足一般应用需求。
实验结论：1. 听力系统在信噪比、频率响应、失真度等方面均达到预期效果，可以满足一般应用需求。
数字正弦信号失真度测量仪的设计
数字正弦信号失真度测量仪的设计丁跃浇;陈松;荣军;谭荣【摘要】针对模拟控制正弦信号失真度测试仪体积大、测试精度低和使用不方便的缺点,设计了数字控制正弦信号失真度测试仪.该系统以单片机和FPGA相结合为控制核心,运用快速傅里叶变换(FFT)为主要分析工具,对信号输入电路进行程控衰减、放大与预滤波处理,实现了量程自动转换和数据采样,并且成功避免了频率混叠现象.最后,系统完成了软硬件电路设计后,经过测试,该系统能够对输入信号进行总功率和谱功率的测量和分析,并能正确地判断未知信号的周期性并测量出周期信号的周期,也能正确测量规定频率范围内正弦信号的失真度,在高校实验室有广泛的应用价值.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2015(034)012【总页数】4页(P64-66,69)【关键词】失真度;数字控制;频谱;频率混叠【作者】丁跃浇;陈松;荣军;谭荣【作者单位】湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006【正文语种】中文【中图分类】TM46波形失真又称非线性失真，它是由放大电路的非线性引起的。
非线性失真又包括谐波失真和互调失真，本文研究的失真均为谐波失真。
在无线电计量测试中，许多参数的准确度都涉及失真度测量问题，尤其在信息产生、传递和接收过程中，必须准确分析和处理好失真问题。
失真度测试仪就是一种用于测量信号失真度的仪器，在电子产品的生产和检测中有着广泛的应用［1-2］。
目前市面上的失真度测试系统仍以模拟测试为主，而数字化测试系统很少而且价格昂贵，因此开发性价比高的数字化失真度测试系统有着重要意义。
本文研发了一款基于FPGA与单片机结合的数字失真度测量系统，该系统能够实现精确失真度测试，具有高性能、高可靠性、低成本和易操作等特点，具有较高的应用价值。
正弦信号发生器实验报告
摘要本正弦波发生器以FPGA为控制核心设计的，该系统主要由FPGA控制模块、STM32单片控制模块，按键输入模块、5110液晶显示模块、以AD9850为核心的DDS模块、运算放大电路和直流稳压电源组成。
FPGA运算速度较快，适用于强干扰和要求速度较高的场合。
仅用单片FPGA就实现了直接数字频率合成技术（DDS），产生稳幅正弦波，并在数字域实现了AM、FM、ASK、PSK等四类调制信号。
调制信号既可由用户输入参数由FPGA内部生成，整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。
关键词： FPGA STM32 DDS AD9850AbstractThe sine wave generator is designed with FPGA as the core, the system is mainly controlled by FPGA module, STM32 monolithic control module, key input module, liquid crystal display module 5110, with a core of AD9850 DDS module, the operational amplifier circuit and a dc regulated power supply. FPGA faster calculation speed, is suitable for the strong interference and high speed required. Only with a single chip FPGA to realize the direct digital frequency synthesis (DDS) technology, to produce steady sine wave, and in the digital domain for AM, FM, ASK, PSK modulation signal. Modulation signal can be input by the user parameters are generated internally by the FPGA, the whole system structure is compact, the circuit is simple, powerful, strong extensibility.一、系统方案比较与论证根据题目要求，系统分为以下几个模块，各模块的实现方案选择如下：1．主控器件比较与选择方案一：采取FPGA它具有体积小、I/O口较多、编程改动灵活的特点、资源丰富、速度高，本晶振为50M,可以通过锁相环（PLL）任意倍频，在信号处理领域中应用广泛，并且稳定性强，为以后系统的升级，作品的商品化提供了保障。
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函数信号发生器及常用电信号的观察与测量实验报告09光信2班1、实验目的1）掌握常见点新高的观察与测量方法。
2）了解单片集成函数信号发生器的功能特点。
3）熟悉信号与系统试验箱信号的产生方法。
1、实验仪器1）信号与系统实验箱一台。
2） 20MHz双踪示波器一台。
3、实验原理ICL8038是单片机集成函数信号发生器，其内部框图如图1」所示。
它由恒流源人和厶、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。
外接电容-V EE图1.1 ICL8038原理方框图外接屯容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B的阀值分别为电源电压（指人的2/3和1/3。
恒流源人和厶的人小可通过外接屯阻调节，但必须/2 >/,o当触发器的输出为低电平时,恒流源厶断开,恒流源人给C 充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当UC达到电源电压的2/3时，电压比较器A的输出电压发生跳变，使触发器输岀由低电平变为高电平，恒流源C接通, 由于/2 > /.（设人=2人），恒流源厶将电流2人加到C上反充电，相当于C由一个净电流I 放电，C两端的电压UC 乂转为直线下降。
当它下降到电源电圧的1/3 时，电压比较器B的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源人断开，人再给C充电，…如此周而复始，产生振荡。
若调整电路，使/2 = 2/,,则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。
C 上的电压"c上升与下降时间相等时为三角波，经屯压跟随器从管脚③输出三角波信号。
将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络屮，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出。
TCL8038管脚功能如图1. 2所示。
图1. 2 1CL8038管脚图电源电压为单屯源10〜30U或双电源土5U〜土实验电路如图1.3所示。
正弦信号失真度仪报告
正弦信号失真度仪摘要：本系统用模拟的方法实现对信号的失真度的测量。
由陷波电路，检波电路，单片机系统与显示部分等组成。
陷波采用文氏桥有源陷波电路，使陷波深度大，结构简单，调试方便；检波电路采用专用集成电路，误差小，实现简单；单片机控制使测试过程简单方便，体现智能化；液晶显示屏显示界面具有直观，友好等优点。
本设计较好地实现了对信号失真度测量的功能。
关键词：文氏陷波检波电路信号放大液晶屏显示一、题目要求与分析：设计内容是设计一个正弦信号失真度仪。
1.1基本要求（1）被测输入正弦信号的频率范围为 10Hz~100Hz；（2）输入信号的峰缝值范围为0.5v~2.5v；（3）测量失真度范围为0.1%~99.9%，分辨率为0.1%；（4）测量输入正弦信号的频率，范围为10.0Hz~100Hz,分辨率为0.1Hz。
1.2发挥部分（1）扩大测量失真度的频率范围：1Hz~100KHz；（2）与计算机连接，信号波形和测试结果可以在计算机上显示；（3）同时接收两路信号，并将其定义某一负载的电压信号和电流信号，测试出平均功率和功率因数；（4）其它。
1.3题目分析：非线性失真的程度可用非线性失真系数来表示，简称失真度。
其定义为：r是谐波总功率与基波功率之比的平方根，即100%r==，P是信号总功率，P1是基波功率，Pi为第i次谐波功率。
为测量方便，实际测量中常用式测量。
式中，分子表示谐波电压的总有效值，分母表示被测信号基波电压的有效值。
二、方案论证：2.1系统总体方案：方案一：采用模拟方法实现。
即用手动调节的方法，来搜索基频，通过滤波电路滤除基波成分，利用有效值检波电路测出电压有效值（全部谐波成分的有效值），再根据失真度的公式计算出失真度大小，用液晶显示屏来显示。
该方法采用模拟电路知识，实现起来会有很大的困难，同时由于是人工调节，速度会很慢，并且整个调节过程也很繁琐，最大的缺点是只能定量的指示失真度的大小，不能显示波形和频谱。
单相纯正正弦波逆变控制芯片TDS2285_2KW
单相纯正正弦波逆变控制芯片TDS2285以下为用改芯片打造的24V-2000W机器最后来张空载波形:这么看波形倒是很好，不过要是有带载2kw的波形就更好了2KW的要看什么负载，其实波形的失真与否输出和芯片关系不大，主要是滤波器的设置我们可以用到，我们公司有一款产品正是需1000W的类似产品，不知道你是卖芯片还是卖这个产品，你这个图很复杂吧，用了那么多运放，另外想问一下你这个成本是多少，太贵了就不行了，现在成本控制的比较厉害，另外想问一下，这个在带2000W时的波形变形厉害不，效率有多少对于象我这样不懂单片机编程的爱好者来说，要设计一个SPWM电路，首先肯定会想到用纯硬件方案，我在去年就花了大约半年时间来研究纯硬件SPWM的驱动电路，做出了很多版本的实验板，但没有一块是令人满意的。
总结一下整个过程，我觉得要做出一款性能指标比较好的纯硬件电路，有以下三难：一是：设计一个性能稳定，波形良好的基准源有点难。
一般常用的文氏电桥振荡器，虽然电路简单、起振容易，但有一个很头痛的问题，就是输出的幅度有温漂，且波形的失真度也较高，一般在 1.7-2.5%之间。
我也试过用函数块8038的振荡器，8038虽然输出比较稳定，但要把它的失真度做小，外围元器件也不算少了，更何况要几十元一个的高昂价格；二是：要设计一个速度快且线性很好的调制器也不容易，我曾试过用3525做调制器的，也试过用LM339做调制器，总觉得不是电路复杂就是指标不高；三是：设计一个大反馈稳压电路难。
纯硬件方案中，做稳压反馈，一般是用误差放大器，如果放大器的增益过低，则稳压控制范围就不够大，稳压效果很差，如果放大器增益高了，又很容易自激；更有甚者，信号通过各级LC电路后，多多少少会有相移，所以在电路中还要做各种补偿。
所以，要做出一款性能指标都不错的纯硬件SPWM驱动，需要有很强的电路设计能力，很好的电路基础知识，钟工就有一款很不错的纯硬件驱动，/topic/180615。
基于PXI总线的正弦信号失真度测量
基于P X I总线的正弦信号失真度测量苏德伦,王仕成,王照峰,张安京(第二炮兵工程学院301教研室,陕西西安710025)摘要:提出了一种基于P X I总线的正弦信号失真度测量方案,该方案利用高精度数据采集卡对被测信号进行数据采集,应用基于遗传算法的曲线拟合方法对采集数据进行处理。
实验证明该方案精度高,扩展性好,具有很高的应用价值。
关键词:失真度;曲线拟合;遗传算法;P X I 总线;数据采集中图分类号:T M 935.24文献标识码:B文章编号:1002-6061(2006)01-0039-03S i n e Wa v e S i g n a l D i s t o r t i o nMe a s u r e m e n t B a s e do nP X I B u sS U D e -l u n ,WA N G S h i -c h e n g ,WA N G Z h a o -f e n g ,Z H A N G A n -j i n g(T h e 301S t a f f R o o m o f t h e S e c o n dA r t i l l e r yE n g i n e e r i n gI n s t i t u t e ,X i 'a n 710025,C h i n a)A b s t r a c t :T h i s p a p e r p r e s e n t s a p r o j e c t o f s i n e s i g n a l d i s t o r t i o n m e a s u r e m e n t b a s e d o n P X I b u s .T h e p r o j e c t a p p l i e s h i g ha c c u r a t ed a t aa c q u i s i t i o nd e v i c et oa c q u i r ed a t aa n dt h ec u r v ef i t t i n gb a s e do nt h e g e n e t i ca l g o r i t h m t op r o c e s sd a t aa c q u i r e d .E x p e r i m e n ti n d i c a t e st h a tt h ep r o j e c tp o s s e s s e so fh i g h a c c u r a c y ,g o o de x p a n s i b i l i t ya n dh i g ha p p l i c a t i o nv a l u e.K e y w o r d s :d i s t o r t i o n ;c u r v e f i t t i n g ;g e n e t i c a l g o r i t h m ;P X I b u s ;d a t a a c q u i s i t i o n收稿日期:2005-05-30作者简介:苏德伦(1981-),男(锡伯族),辽宁凤城人,硕士研究生,研究方向:导航、制导与控制;王仕成(1962-),男,山东单县人,教授,博士生导师,研究方向:导航、制导与控制,检测技术与自动化装置。
简易正弦信号测量报告
北京联合大学首届电子电路设计大赛报告比赛试题：简易正弦信号测量所在学院：自动化学院小组成员：蒋天淳、孙久成指导老师：耿钰2012年3月22日摘要本次竞赛是以STC89C52为控制核心，采用LM434实现放大，半波整流的功能，使用ADC0804对输入信号进行采集后A/D转换送入C52单片机，经单片机处理后在LED数码管上显示输入电压的大小，精确度为1.6mV。
实验成果是完成了一个精度比较高的对较小电压输入值的显示，有一定的使用价值。
关键词：STC89C52 LM434 ADC0804 A/D转换显示输入电压一．系统方案：1.主控芯片：方案一 51系列单片机采用STC89S52单片机。
51系列单片机优点是有着经过多年应用验证的稳定性，且各种功能的拓展方法成熟。
应用灵活，适合运动控制类题目组装要求高的特点。
缺点是各类资源稍显欠缺，当需要完成较复杂的任务时，必须通过外围拓展实现。
方案二凌阳61单片机采用凌阳公司的SPCE061A 单片机。
该单片机优点是各类资源丰富，并集成了语音功能模块。
芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试。
缺点是应用不够灵活，必须使用起自带的开发板，否则会给各种功能的使用带来不便。
方案三多片51单片机互联采用多片51互联，每个单片机负责部分控制任务，并利用程序以及通信口使其互相配合。
其优点是，既保留了体积小巧、装配简易、应用灵活的特点，有克服了资源不足的缺陷。
2.放大电路：方案使用LM324放大电路设计简单，易于实行，选取的元器件比较常见。
但是放大易于受到干扰，需要加入滤波电路。
3.A/D转换芯片：方案一使用ADC0804不需要外加时钟信号，可以使用RC震荡电路产生时钟信号，转换速度较快，精度较大。
但是只有一路信号能被采集。
方案二使用ADC0809能有转换8路信号，转换速度比较快，控制比较简单，但是必须外加时钟信号。
而且本次任务只需要一路信号采集，所以选用ADC0809不太合适。
4.电压显示器选择：方案一使用LED数码管电路结构简单，价格便宜，程序设计方便，但是无法显示波形，完成拓展功能。
内置振荡器的失真度计设计报告
内置振荡器的失真度计设计报告内置振荡器的失真度计设计报告制作人：20XX.03.06目录一、任务要求 (Ⅱ)二、方案论证 (Ⅱ)三、电路设计 (Ⅲ)正弦振荡器的设计 (Ⅲ)失真度计的设计 (Ⅵ)四、电路图 (Ⅹ)在音频放大器的各种特性中，失真度是最为基本的特性之一。
我们将以简单的电路实现为主，进行失真度计的设计。
所设计的简单失真度计用于测试音频放大器的失真，由于失真度计一定是同振荡器成对比使用，考虑到使用的方便性，将振荡器内置在失真度计中。
使用内置振荡器的失真度计，还可以将振荡器的频率与陷波滤波器的陷波频率设定成一样。
如不这样做而使用别的振荡器，则陷波滤波器的设计就会变得非常困难。
1、任务要求技术指标：·工作频率：100Hz、1kHz、10kHz·真度测量范围：0.1％—20%·内置振荡器输出波形失真度：篇2：本地振荡器设计实验报告通信电路本地振荡器设计实验报告通信电路本文关键词：振荡器，电路，实验，通信，报告本地振荡器设计实验报告通信电路本文简介：通信电路实验报告报告内容：第一部分预习报告附:原始数据记录第二部分终结报告第三部分联调报告第四部分实验总结王璟2000224无3220xx.06.28第一部分预习报告【实验目的】1、掌握晶体振荡器的设计方法。
2、培养设计、制作、调测振荡器的能力。
3、学会对电路性能进行研究。
【设计要求】1、设计本地振荡器设计实验报告通信电路本文内容：通信电路实验报告报告内容：第一部分预习报告附:原始数据记录第二部分终结报告第三部分联调报告第四部分实验总结王璟2000224无3220xx.06.28第一部分预习报告【实验目的】1、掌握晶体振荡器的设计方法。
2、培养设计、制作、调测振荡器的能力。
3、学会对电路性能进行研究。
【设计要求】1、设计一个串联型晶体振荡器（克拉泼或西勒电路），工作频率在14MHz左右，本实验所选晶体为14.31818MHz；2、振荡器的工作点连续可调，调节范围满足：0.5mA=800mV。
DSP的正弦信号失真度测量
(3)
2
因此 ,正弦波的失真度的表达式为 :
Kf =
A2 2 +
2
A3 2 +L +
2 A1
An 2 2
2 由此可知只要通过 FFT 算法求得基波和各次谐波的有效值再代 入式 (4) 即可得到失真度值 。
通常用于计算机处理的傅立叶变换方法是快速傅立叶变换
(FFT) 。快速傅立叶变换 (FFT) 比直接傅立叶变换 (DFT) 在计算 量上要小很多 。如果设计算的采样序列点数为 N 。DFT 的复数
2采样信号模块采样信号的产生是本设计的一个重点传统的设计方法多采用锁相环来实现对输入信号的倍频即获得采样信号但其倍频范围小若用在此设计中则需要设计多路倍频电路来对应不图2切换流程图图3接口框图同频段所以本设计采用了一片ddsad9851芯片来实现对2hz200khz的信号实现64倍频其实现过程是由dsp测出输入信号频率后用软件编程产生5个8位的控制字送入ddsad9851的相应寄存器并使能其内部的比较器得到稳定的方波信号即采样信号
The Measurement for the Distortion Factor of Sine Wave Based on DSP CUI Yan , YANG Yan2xiang
(School of Electric and Information Engineering ,Xihua University , Chengdu 610039 ,China)
京航空航天大学出版社 ,2002. [ 3 ] 郭勇等. DDS 芯片 AD9851 及其应用[J ] . 电子技术 ,2001 (2) . [4 ] 张雪平. 单片机提高频率测量精确度的新方法 [J ] . 微型计
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器（A 题）一、任务设计制作一个正弦信号发生器。
二、要求1、基本要求（1）正弦波输出频率范围：1kHz～10MHz；（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；（500hz）（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；（4）输出电压幅度：在50欧负载电阻上的电压峰-峰值V opp≥1V；（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。
2、发挥部分在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：（1）增加输出电压幅度：在频率范围内50欧负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值V opp=6V±1V；（+4v±1v）（2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz~10MHz 范围内调制度ma 可在10%～100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（3）产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz~10MHz 频率范围内产生10kHz 最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz 二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（4）产生二进制PSK、ASK 信号：在100kHz 固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生；（5）其他。
三、方案系统总体设计框图正弦信号发生模块DDS系统的核心是相位累加器，在采样时钟信号 fc 的控制下，通过由频率控制字控制的相位累加器输出相位码，即每来一个时钟脉冲 fc ，相位累加器的输出就增加一个相位增量值，相位累加器按频率控制字K 产生信号数字化拟合所需的线性相位取样值，对波形存储器寻址，将存储于只读存储器的波形量化采样后,数据值按一定的规律读出，D/A 转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号，经低通滤波器用于滤除不需要的频率分量，以输出频谱纯净的正弦波信号。
频率控制字K 和时钟频率 fc 共同决定DDS 输出信号的频率，他们之间满足下式:*/2N cf f K其中fc为参考时钟，K为频率控制字，f0为是输出频率，N 为频率控制字的位数。
《信号与系统》实验报告
《信号与系统》实验报告目录一、实验概述 (2)1. 实验目的 (2)2. 实验原理 (3)3. 实验设备与工具 (4)二、实验内容与步骤 (5)1. 实验一 (6)1.1 实验目的 (7)1.2 实验原理 (7)1.3 实验内容与步骤 (8)1.4 实验结果与分析 (9)2. 实验二 (10)2.1 实验目的 (12)2.2 实验原理 (12)2.3 实验内容与步骤 (13)2.4 实验结果与分析 (14)3. 实验三 (15)3.1 实验目的 (16)3.2 实验原理 (16)3.3 实验内容与步骤 (17)3.4 实验结果与分析 (19)4. 实验四 (20)4.1 实验目的 (20)4.2 实验原理 (21)4.3 实验内容与步骤 (22)4.4 实验结果与分析 (22)三、实验总结与体会 (24)1. 实验成果总结 (25)2. 实验中的问题与解决方法 (26)3. 对信号与系统课程的理解与认识 (27)4. 对未来学习与研究的展望 (28)一、实验概述本实验主要围绕信号与系统的相关知识展开，旨在帮助学生更好地理解信号与系统的基本概念、性质和应用。
通过本实验，学生将能够掌握信号与系统的基本操作，如傅里叶变换、拉普拉斯变换等，并能够运用这些方法分析和处理实际问题。
本实验还将培养学生的动手能力和团队协作能力，使学生能够在实际工程中灵活运用所学知识。
本实验共分为五个子实验，分别是：信号的基本属性测量、信号的频谱分析、信号的时域分析、信号的频域分析以及信号的采样与重构。
每个子实验都有明确的目标和要求，学生需要根据实验要求完成相应的实验内容，并撰写实验报告。
在实验过程中，学生将通过理论学习和实际操作相结合的方式，逐步深入了解信号与系统的知识体系，提高自己的综合素质。
1. 实验目的本次实验旨在通过实践操作，使学生深入理解信号与系统的基本原理和概念。
通过具体的实验操作和数据分析，掌握信号与系统分析的基本方法，提高解决实际问题的能力。
正弦波形畸变和失真度的分析
正弦波形畸变和失真度的分析
应怀樵;刘进明;沈松
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2006(026)004
【摘要】测试波形的畸变程度可用波形的失真度来表示.目前常用的频域法求取和计算失真度的结果与波形的畸变有背离的地方.实际失真度很大,测出来的值却偏小.本文提出一种INV时频法,可以弥补频域法的缺陷,文内给出了计算实例.
【总页数】3页(P15-16,31)
【作者】应怀樵;刘进明;沈松
【作者单位】东方振动和噪声技术研究所,北京,100085;东方振动和噪声技术研究所,北京,100085;东方振动和噪声技术研究所,北京,100085
【正文语种】中文
【中图分类】TN991.6
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1.数字合成正弦波失真度分析 [J], 吴笃贵;王广柱
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4.数字合成正弦信号的波形失真度分析 [J], 王广柱;王雷
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合肥学院第七届大学生电子设计竞赛设计总结报告题目：正弦波失真度仪（E）组员：2011年4月23日题目名称：正弦波失真度仪(E题)摘要：本系统用模拟的方法实现对信号的失真度的测量。
由陷波电路，检波电路，单片机系统与显示部分等组成。
陷波采用文氏桥有源陷波电路，使陷波深度大，结构简单，调试方便；检波电路采用专用集成电路，误差小，实现简单；单片机控制使测试过程简单方便，体现智能化；液晶显示屏显示界面具有直观，友好等优点。
本设计较好地实现了对信号失真度测量的功能。
关键词：文氏陷波检波电路信号放大液晶屏显示一、题目要求与分析设计内容是设计一个正弦信号失真度仪。
1.1基本要求（1）被测输入正弦信号的频率范围为 10Hz~100Hz；（2）输入信号的峰峰值范围为0.5v~2.5v；（3）测量失真度范围为0.1%~99.9%，分辨率为0.1%；（4）测量输入正弦信号的频率，范围为10.0Hz~100Hz,分辨率为0.1Hz。
1.2发挥部分（1）扩大测量失真度的频率范围：1Hz~100KHz；（2）与计算机连接，信号波形和测试结果可以在计算机上显示；（3）同时接收两路信号，并将其定义某一负载的电压信号和电流信号，测试出平均功率和功率因数；（4）其它。
1.3题目分析：非线性失真程度可用非线性失真系数来表示，简称失真度。
其定义为：r是谐波总功率与基波功率之比的平方根，即100%r==，P是信号总功率，P1是基波功率，Pi为第i次谐波功率。
为测量方便，实际测量中常用式测量。
式中，分子表示谐波电压的总有效值，分母表示被测信号基波电压的有效值。
二、方案论证2.1系统总体方案方案一：采用模拟方法实现。
即用手动调节的方法，来搜索基频，通过滤波电路滤除基波成分，利用有效值检波电路测出电压有效值（全部谐波成分的有效值），再根据失真度公式计算出失真度大小，再用液晶显示屏来显示。
该方法采用模拟电路知识，实现起来虽有较大的困难，但是此方案对经济和单片机的要求不高，算法也较容易实现。
方案二：采用模拟和数字相结合的方法实现。
采用有源文氏电桥组成三阶带阻滤波器用以滤除被测信号的基波成分，采用专门的有效值检波集成芯片得到被测信号的有效值和全部谐波分量的有效值。
由公式计算出失真度，控制和数据处理部分用全集成混合信号在片系统单片机。
显示部分用液晶显示模块，显示内容有：失真度、信号频率、电压有效值、信号波形。
但是此方案对单片机要求较高，算法麻烦，芯片价格昂贵。
综上所述，我们采用方案一。
总体框架图如下：图1 总体框架图信号输入后，分成三路，一路通过波形转换，进行频率测量。
另外两路通过两个途径输入到单片机，这中间通过开关按钮控制继电器来实现切换，当继电器处于常闭状态时，信号先输入到陷波电路，通过陷波后的信号由于很小，需要通过信号调整，然后经过有效值检波电路检测出有效值送入单片机，当继电器被切换到常开状态时，信号直接送到有效值检波电路，继而送入到单片机中进行处理，得到失真度。
2.2各模块方案比较与选择2.2.1方波转换模块方案一：采用过零比较器进行波形变换，可以将正弦波信号转化成同频的方波信号，然后经过施密特触发器进行整形，比较器采用高精度集成运算放大器NE5534，它具有高精度，低噪声，高阻抗，高速，频带宽等优良特性。
方案二：由于输入信号较小，直接进行比较有些困难，于是可以先加一个放大电路，再通过施密特比较器输出幅度为3V的方波，紧接着可再接一衰减电路将电压调整到所需电压。
由于本题只要求测出频率即可，对方波转换的波形要求并不是太高，方案二虽然方波幅度及占空比可调，波形失真度小，但电路繁琐，而方案一虽然电路简单，但足以达到测量频率的要求。
故我们选择方案一。
2.2.2陷波电路方案一：采用数字滤波器构成系统的陷波电路部分。
在DSP芯片中，利用脉冲不变法FIR设计一个二阶带阻滤波器。
该方案采用数字技术,能得到很好的滤波效果。
但由于使用到了DSP芯片，使硬件电路变的更复杂，并且也给软件设计增加了一定的难度。
方案二：采用模拟电路技术，利用双Ｔ形有源滤波器构成陷波电路。
双T形电路由3个电阻、3个电容组成，基本上是对称的，在衰减极点处谐振，谐振频=1／2πRC 。
其基本电路原理图如图2所示。
率f图2 双Ｔ形有源滤波器构成的陷波电路图中运算放大器A1，A2均起缓冲作用，双T形电桥的纵桥臂不接地，而是接到放大器A2的输出端，放大器A1的部分输出信号通过A3反馈到电桥的纵臂。
由于正反馈的作用，使得频带变窄，Q值提高。
A1，A2都是分压跟随器组态，反馈量由RA ，RB 的分压值确定。
反馈系数1()/()A P A B F R R R R R =+++根据反馈系数F 可以求得有源滤波器的Q 值Q=1／4（1–F ） （0<F<1）只要通过改变R0，C0的值，便可以滤掉不同频率的基波，达到陷波的目的。
方案三：采用模拟电路技术，利用RC 文氏电桥组成陷波器。
此方案也是系统设计所采用的方案。
由文氏电桥组成的基波抑制电路（陷波器）如图3所示图3 文氏电桥基波抑制电路图 图4 文氏电桥有源陷波电路元件的相关参数在图中已给出，此时，电桥的抑制频率0f =1/2RC π因为221R R =，对任一频率的信号12/3AD u u =，由计算可知：当输入信号频率f = f 0时，12/3BD u u =，则0AB u =。
此时电桥处于平衡状态，输出为0。
当输入信号频率f 偏离f 0时，电桥失去平衡，则有电压输出。
但文氏电桥无源滤波电路的选择性很差，考虑到任务书中的精度要求，为此在实际设计时我们采用了由文氏电桥组成的有源陷波电路，如上图4所示。
A3，A4都是电压跟随器组态，均有缓冲隔离作用，具有高输入阻抗和低输出阻抗的特性，它们的接入对选频电路的谐振频率没有影响，A4输出的部分电压，反馈到A3的同相端，并经A3输出到电桥桥臂。
通过调节可变电阻R5，改变反馈量，从而改变Q 值，以达到锐通带选频作用。
C2的作用是抑制尖峰脉冲。
当f = f 0时，A4的输出为0，f 偏离f 0时，电桥失衡，有电压输出。
因此该电路能抑制基波，使谐波通过。
2.2.3后级信号放大方案一、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。
普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。
由于A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。
所以，此种方案不宜采用。
方案二、由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。
差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。
方案三：采用专用仪表放大器，如：AD620等。
此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。
但价格昂贵，一个需26元左右。
由于方案一噪声大，而方案三相对较贵，所以我们选用方案二，且方案二完全能达到要求。
2.2.4检波电路方案一、专用检波集成电路。
专用集成检波电路集成度高，外围电路少，电结构路简单，工作稳定，误差小。
方案二、分离器件检波。
分离器件实现检波具有结构简单等优点，但由于失真度测量输入信号本身就是不规则的失真信号，而分离元件组成的有效值检波电路是在检测出信号的峰值后按照一定的关系计算得出有效值，一般只能用于检测规则信号（诸如正弦波等信号），输出误差较大，不适用于失真度仪。
通过以上分析，选用方案一的专用集成电路检波。
三、各模块的实现3.1波形变换模块具体电路如下：此电路运用一个NE5532构成一个过零比较器，当信号为正时，输出高电平，信号为负时输出低电平。
3.2 AD 转换模块检波电路检测到谐波或总的有效值后，传送到AD0809转换芯片，通过AD 采样转换传送至单片机中进行处理。
其硬件连接图见附录。
3.3陷波电路模块陷波模块的具体电路如下：为了能更好的实现陷波效果，我们采用四对电容当电容分别打到相应的档位时，根据公式0f =1/2RC π计算出电位器对应的阻值，用万用表调节即可。
例如：C=2.2uf ，f=10Hz ；可得阻值R=7000Ω C=0.47uf,f=75Hz ；可得阻值R=4500Ω C=0.22uf ，f=300Hz ；可得阻值R=2500Ω C=0.047uf ，f=700Hz ；可得阻值R=4900Ω3.4后级放大电路该放大电路的特点是：差动输入，单端输出。
电压增益可由一个电位器控制，且增益连续可调。
并有效的解决了后级负载对地连接的问题，U1,U2组成了同向高输入阻抗的差动输入，差动输出，并承担了前级的放大任务。
由于电路结构对称，增益改变时，输入阻抗不变。
反馈电阻由R7,R8构成，后级的放大倍数为一，具有较高的共模抑制比和抗干扰能力。
U3的反向输入端接调零电路，可以队输出端进行调零。
RV 23.5有效值检波电路采用单片集成电路(AD536A)来实现信号有效值及全部谐波有效值的测量，使电路得以简化。
测量交流电流或电压时，若波形是正弦波，可用平均值检波、峰值检波电路将其转换为平均值、峰值电压，将测量的示值换算成有效值。
但对脉冲波形或失真度较大的正弦波采用这种普通检波电路进行测量换算，误差较大。
必须设计出能获得真有效值的运算电路，即由绝对值电路(或平方根)和积分电路组成的电路。
检波电路的设计如图7（图中电阻单位为Ω）：1图7 检波电路3.6显示模块图8 显示模块连接图液晶显示屏的R/W，E脚分别连到单片机的P3.0，P3.1 口，通过P3.0，P3.1口来控制液晶显示屏的显示，如上图8。
四、软件设计4.1失真度显示流程图继电器默认为常闭状态，即信号通过陷波后输入，此时检测到的是谐波有效值，通过ADC0809传入单片机并保持，当继电器被切换到常开状态时，检测到的是总的有效值，输入到单片机并保持。
进而通过单片机按照公式计算得出失真度并在液晶屏上显示。
五、系统总体性能测试5.1频率显示模块测试测试仪器：信号发生器，数字示波器测试结果：调整信号发生器，分别使其产生不同频率的正弦信号，通过数字示波器进行观察分别记录下各信号频率。
在产生每个信号的同时用自制频率计观察信上，而题目只要求精确到0.1，足以满足题目要求。
5.2失真度模块测试测试仪器：信号发生器，数字示波器，万用表，失真度仪。
测试结果：调整信号发生器，使其分别产生10Hz、0.5V，10Hz、2.5V，50Hz、0.5V，50Hz、2.5V，100Hz、0.5V，100Hz、2.5V，1kHz、0.5V，1kHz、2.5V的也能达到要求。
5.3误差分析造成误差的原因有：（1）手动可调电阻的不精确性，测量的过程中是通过改变可调电阻阻止来达到陷波的频率的，在调动的过程中很难达到精确的值而造成误差。
（2）采样周期的量化误差，根据采样原理实际电气的采样周期T和采样过程中计算的周期Ts必须是整数倍的而实际测量系统中，微处理器的定时器和时钟周期精度受到限制，故所测信号与实际信号存在误差。