信号波形合成

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1、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11．基本要求12．发挥部分2三、系统分析与设计21、方案设计21.1方波振荡部分21.2分频部分21.3滤波部分21.4移相、放大部分31.5波形合成部分32、硬件实现32.1方波振荡器32.2分频器42.3滤波器52.4移向、放大器52.5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

2、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92．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；（

3、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1.1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。1.2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。根据题意要求，上述方波发生器为300kHz。300kHz频率6分频得到50kHz，10分频得到30kHz，30分频得到10kHz，这样就可以产生10kH

4、z、30kHz和50kHz的新的方波。采用十六进制计数器74LS161配合D触发器74LS74实现分频为上述3个频率的方波。1.3滤波部分9本实验中需要得到的正弦波均来自于对应方波信号的基频，因此只需使用低通滤波器，并将截止频率设置为高于基波频率并低于谐波频率即可。所以本次实验采用运算放大器op37与电容电阻组成二阶巴特沃斯有源低通滤波器。1.4移相、放大部分本实验的方波和三角波由滤波后的正弦波合成，由傅里叶变换可知方波可表示为三角波可表示为：所以频率为10kHz、30kHz、50kHz、70kHz……对应幅值为的正弦波可合成方波，频率为10kHz、30kHz、50kHz、7

5、0kHz……对应幅值为的正弦波可合成三角波。同时，各分量对应的相位关系也由三角函数的形式及前面的符号所决定。所以本次实验采用运算放大器op37与电容电阻组成滞后积分移相电路和反向放大电路。滞后积分移相电路可实现滞后二分之一个周期的移相。反向放大电路可实现从0-2的增益可变的幅值放大。1.5波形合成部分波形求和部分采用二阶求和、差运算电路将移相、放大后的正弦波合成近似方波和三角波。由运算放大器op37与电阻组成二阶求和、差运算电路。2、硬件实现2.1方波振荡器如图3，方波发生电路采用NE555，参数（R1+2R2）与C1决定了充放电的速率，设总的充放电周期为T，由此可得：T=0

6、.6993×（R1+2R2）×C1选择R1电位器为20K（203电位器），配合15KΩ9的电阻,100p电容（101瓷片电容）调节电位器改变振荡频率，直到频率达到300kHz。图3555定时器组成300kHz方波发生器2.2分频器如图4，分频器电路由可同步预置的计数器74LS161、D触发器74LS74及非门74LS04组成。以生成50kHz的方波为例，将300KHz的原始方波作为时钟信号送入计数器74LS161的CP端，使其开始计数，当计数值达到2时，通过逻辑门使并行置数端有效，从而在下一个时钟脉冲到来时将计数值置为0，以此实现3个状态的循环，同时，每次计数值满的信号还被送

7、入D触发器实现二分频并同时调节占空比为50%，从而实现3×2=6分频，且输出的波形为对称方波。以此类推，还可实现30KHZ、10KHZ的分频。9图4六分频电路2.3滤波器根据前述方案设计，采用运放op37搭建二阶巴特沃思有源低通滤波电路，如图5所示。由图可见，它是由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。当R1=R2=5k，C1=C2=1nF（102瓷片电容）时，其3dB截止频率为=31.85k。可以将50k的方波滤为正弦波。同理50k，10k的方波只需将电阻阻值作相应改