TI杯设计报告(赛区一等奖)信号波形合成实验电路

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1、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1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，

2、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

3、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1全国大学生电子设计竞赛2010年TI

4、杯模拟电子系统专题邀请赛后，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

5、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=3

6、00000Hz，并且C5=1000P，则T=1/f图2模拟电路300KHz方波电路=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（KΩ）选择RW电位器为2KΩ，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、30KHz和50KHz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

7、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

8、的CLK（14pin），输出信号从CD4013的Q端送出。1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图3分频器电路该图中由于D2接CD4017的Q3，因此实现将300KHz3分频，为300KHz/3=100KHz再