信号波形的合成与分解报告

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1、信号波形的分解与合成摘要本设计要求制作一个电路，使由信号发生电路产生的方波，分解为三个不同频率的正弦波，再将这些信号通过一个电路，合成为近似方波和近似三角波。设计共分为七个模块：方波信号发生器，分频电路，乘法器与滤波电路，调幅电路，移相电路，加法器以及幅度测量与数字显示电路。本设计采用6M晶振产生频率为6M的方波，分频部分釆用CD4017和CD4013芯片。在滤波部分，我们采用的是三阶Butterworth低通滤波器，滤除防波的基波分量得到正弦波。幅度、相位调节后用运算法放大器构成加法电路实现正眩信号和三

2、角波信号的合成。采用C8051F020单片机来实现电压幅度测量的功能。关键词：分频滤波CD4017CD4013LM358波形合成与分解幅度测量1方案的比较与选择1.1方波发生器方案设计方案一:NE555定时器产生方波555定时器可直接产生方波，且成本低廉，电路结构简单，输出波形的占空比调节比较方便，缺点是输岀波形不稳定，毛疵较多，不利于分频，故不采用此种方案。方案二：使用无源晶体振荡器产牛方波设计采用6MMHz晶振来产生方波，振荡器输出波形为正弦波，通过比较器电路得到稳定输出的方波，且频率为6MHz,再经

3、过20分频得到所要的300kHz的方波，该方法实现简单，且效果理想，故本设计采用此方案。方案三：运算放大器非线性产生方波采用运算放大电路产牛方波，方案看似简单，操作可行，但输出波形不稳定,占空比不可调，且毛疵较多，不采用该方案。1.2分频电路方案设计题目要求分频后得到10kHz、30kHz和50kHz的三种方波，可用软件和硬件实现，即用FPGA实现分频和用数字一模拟电路来实现，但考虑到实验器材的限制，木设计采用纯硬件来实现分频模块。可供选择的硬件电路：©74LS161结合74LS160；②CD4017结合

4、CD4013。两种方案效果都很好，都能得到稳定的波形,考虑电路的简洁性，本设计采用后一种方案。1.3滤波电路方案设计方案一：采用LC无源滤波。无源滤波电路一般采用电容、电感等元件，其电路简单，方便设计和焊接。但负载特性很差，其通带放大倍数和通带截止频率都将跟随负载变化，口会对信号带来衰减和噪声，不适用于本系统。方案二：采用专用滤波芯片。采用集成芯片设计的滤波器，性能稳定，外围电路简单，但也会引入不必要的麻烦。如采用LTC1086滤波芯片，需外接时钟,由此引入一定噪声，还需另行设计滤波器将其滤除，使设计变得

5、复杂。方案三：采用集成运放的有源滤波器。有源滤波器采用集成运放，其负载特性好，具有较好的动态性能。1.4移相电路方案设计方案一：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加法器方案设计该单元是将调相后的儿路信号进行叠加，得到需要的波形信号。但考虑到三路信号经过滤波，幅度衰减后，故肓接选择反相比例运放加法器实现该功能。1・6幅度

6、测量与数字显示电路信号检测与显示部分采用C8051F020单片机，利用A/D模块对信号的幅值进行检测，送LCD显示屏进行显示。2理论分析与计算2.1方波信号的产生分析采用6M晶振先输出6MHz的正弦波，通过74HC04构成的比较器后得到6MHz的方波，再由74HC390构成的分频电路20分频输出300kHz的方波，所得波形稳定可靠。电路图如图1所示：74HC39OH_6V；：：：：：：：：：：图1方波发生电路・U2A・U1DT4HC04N_6VR1-::710KOU3CRYSTALVIRTUALci:>4

7、.XNA・•二g•••■•!ictn•・••74HC390N6VR3:1OOkQXSCA.D.G4・•QQQQ・・VDD：:2.2分频电路分析CD4017是一个十进制计数器，最大可实现10分频，在木设计中，用CD4017对300kHz实现3分频和5分频，输出100kHz和60kHz的方波，输出波形占空比都不为50%。CD4013是一个双D触发器，lOOkllZ和60Khz的方波通过后可得到占空比为50%且频率分别为50kHz和30kHz的稳定方波，同时把60kHz的方波再通过3分频后由D触发器输出，得到1

8、0kHz的方波，电路原理图如图2所示：3QORt-42rInpust-VEESVvooVEE-SVrZ4*!48只6-1OOKC：9N/•VOO3:":-M:e・・・・p.・xNUFifh《卞•8bJVEE-SV&r；>■：-r->r>*XCX-P-1l*CT-•NQFOXIN-5VSVVOOVEVVODSV4017BF>SVQ・-Q-v*••—^OkHz^OkAzOutpLUAQQg。。•:3■:F£*・・»-:•$・u>4