论文信号波形合成

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1、中国地质大学2013年电子设计大赛竞赛论文参赛题目：信号波形合成成员:信号波形合成实验电路摘要：本作品主要用于非正弦信号的分解与合成实验验证，包括电源电路模块，方波信号产生模块，放大、移相、波形合成模块、测量显示模块等。通过1MHz晶振电路产生1MHz方波信号，经计数、分频得到10kHz方波信号，利用LC并联谐振（滤波器）分离出10kHz、30kHz、50kHz正弦波信号，然后对三个正弦波信号进行放大、移相加到加法器中合成方波信号。把10kHz和30kHz正弦波信号送到减法器中合成三角波信号。三个止弦波信号的幅度通过单片机采样，由液晶屏显示岀来。关键词：方波信号，滤波器，正弦波信号，分

2、解，合成1作品简介1.1设计目标设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，利用傅里叶原理产生以lOKHz为基波，以奇次谐波为辅助谐波的信号，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信号波形合成电路示意图1•2要求及指标1.2.1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

3、5V,合成波形的形状如图2所示。1.2.2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）设计制作一个能对各个止弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测量误井不大于±5%；（4）其他。2方案设计2.1系统分析及整体方案方波信号由基波成分和若干个谐波成分构成，即u（t）=-（sin+-sin3m+—sin56yf+—sin769f...）,本作品根据这一理论原理制作而成。兀357木系统要包扌舌了以下儿个模块：电

4、源电路模块，方波信号产生模块，放大、移和、波形合成模块、测量显示模块，如图3所示。本系统通过1MHz晶振电路产生1MHz方波信号，通过分频得到10kHz方波信号，经过三个不同频率的滤波器分离出10kHz、30kHz、50kHz正弦波信号，再对三个正弦波信号进行放大、移相加到加法器中合成方波信号。三个正弦波信号的幅度通过单片机采样，由液晶屏显示出来。图3系统方框图2.2设计方案论证2.2.1方波信号发生器方案一：通过反相器、外加电阻和电容来产生频率可调、占空比可调的方波信号。其优点电路简单，且有些芯片可以产生稳定的方波。方案二：利用单片机时钟信号，通过软件编程实现输出10kHz方波信号。

5、实现起来相对较容易，但若没有时间做本参赛题的发挥部分，大材小用了。综合所述，由于频率稳定直接影响信号的方波信号的分解与合成，并从实际出法，所以选择方案二。2.2.2滤波器方案一：无源滤波。由无源元器（电阻、电容、电感）设计而成，电路简单，但是滤波效果不好，口产生较多的杂波。方案二：有源滤波。由运算放大器、电阻和电容构成，无需电感器。还可提供电压增o由于方波信号发生器输出的信号幅度较高（5V）,从实际制作、调试方便和产生较好的滤波效果等角度考虑，所以选择方案二。2.2.3移相电路方案一：有源移相电路。在移相的同吋，还可以得到一定的增益，移向效果好，角度范围人。方案二RC电路移相。电路简单

6、，但每级RC电路理论极限移相90度。由于三个正弦波是在同一个方波信号下滤波产生的，它们Z间相的位差相对较小，故选择方案一。2.2.4整流滤波电路方案一：采用精密整流、滤波电路。整流、滤波效果好，可对低于二极管导通电压的信号进行整流、滤波。但电路复杂。方案二：采用转换芯片将交流直接转换为直流，电路简单、易丁制作。由于任务要求对峰峰值为6V、2V、1.2U的正弦波信号进行整流、滤波，故选择方案二。3.系统实现3.1硬件电路(主要单元电路设计)3.1.1电源电路木设计系统共需要四种不同的直流电压，分别为+9V、・9V、+5V和+3.3V电压。为了满足电路供电要求，我们把+9V、-9V.+5V

7、电源使用同一个电路输出，如图4(a)所示;而3.3V电压的输出使用了TI公司REG1117稳压芯片，专门为后续单片机提供电压，如图4(b)所示。D501TZzCtz±CI4