01隊信号波形合成设计报告.doc

课题名称：信号波形合成 摘要：本信号波形合成电路中，方波振荡器的信号经分频与滤波处理，产生频率为10kHz和30kHz的正弦波信号对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测量误差不大于5％论证 方波产生电路的比较 用555定时器产生方波 多谐振荡器可用作方波发生器。经分析可得： 输出高电平时间 T1=0.7R1C ，输出低电平时间T2=0.7R2C，振荡周期 T=0.7(R1+R2)C，频率f=1.43/((R1+R2)C)。该方案产生方波为单极性，从而送给数字电路进行分频。 用集成运放产生方波 集成运放通过反相输入端的电压大小来控制输出状态的翻转，从而输出方波。集成运放产生的方波为双极性，送给数字电路需要加偏置，把双极性的方波变为单极性。 用晶振产生方波 用晶振产生的方波频率很高，进行分频比较复杂，但是波形非常稳定。 经过比较，我们小组认为用555定时器产生方波的方案最好，因此我们采用了此方案来产生方波。 分频电路的比较 1） 2） 单元电路设计 方波产生电路参数计算 根据题目要求，经过计算我们需要产生频率为300KHz的方波，而且占空比为50%。由公式频率f=1.43/((R1+R2)C)，占空比q=R1/(R1+R2)计算得R1=R2=2.4K，电路图如图一所示。 分频电路参数计算 将产生的300KHz的方波分别进过74LS163三分频、五分频得到100KHz的方波和60KHz的方波，再将60KHz的方波三分频得到20KHz的方波。将得到的三种频率的方波分别经过HEF4013BP触发器进行触发产生频率分别为50KHz、30KHz、10KHz的方波，电路图如图三所示。 滤波电路参数计算 将产生的频率为10KHz、30KHz、50KHz的方波进行四阶低通滤波分别得到频率为10KHz、30KHz、50KHz的正弦波。电路中的各个器件的参数如图四所示。 图四 移相电路参数计算 根据滤波后的正弦波的信号进行移相，移相电路中所用的电容都是10nF，根据公式Ｒ＝１／（ｗｃ）计算出各个电阻值，为了方便调节可以增加电位器来调整相应阻值，并且在移相电路的最后一级通过电位器和集成运放构成反相放大来调节正弦波的峰峰值。 测试方案、步骤及结果记录与分析 方波产生电路测试及结果分析 测试步骤：用稳压源为芯片供电，输出接示波器，显示输出波形。 测试结果分析：示波器测得的波形如图五所示，误差较大，导致占空比不是50%。可能是电阻值选的不对。 图五 分频电路测试及结果分析 测试步骤：用稳压源为芯片供电，555定时器产生的方波经过分频电路后，输出接示波器。 测试结果分析：示波器测得的波形如图六所示，图六波形为五分频，其他依次进行分频得到所求的波形。 图六 滤波电路测试及结果分析 测试步骤：将分频电路产生的方波经过四阶低通滤波得到如图七所示的正弦波。 测试结果分析：由于采用的是四阶滤波，滤波的效果很好，几乎没有什么误差。 图七 移相电路测试及结果分析 测试步骤：将滤波所得到的正弦波经过移相把各个正弦波相位调成一致。 测试结果分析：由于此电路器件参数选择不太精确，导致移相后的波形相位存在误差。 图八 波形合成电路测试及结果分析 图十 图九 测试步骤：将移相后得到的10KHz、30KHz的正弦波经过加法电路进行合成得到的波形如图九所示，将10KHz、30KHz和50KHz的正弦波合成如图十所示。 测试结果分析：由于移相和调幅电路比较精确，通过加法电路合成得到的波形比较好。 设计总结 我们小组在完成本次课题时遇到了许多问题，在这个过程中靠一个人是很难完成的，需要的是我们小组的团队合作能力。我们在这个过程中遇到了如下问题并作出了相应改进： 我们小组用555定时器产生的方波占空比不是50%，并且频率也达不到300 KHz，与理论的计算有一定的误差。经过讨论，我们把充电、放电的电容调小，并且增加一个电位器，从而提高产生方波的频率，并且可通过电位器改变方波的占空比。 在进行滤波时，我们小组刚开始是采用二阶低通滤波，经过仿真发现二阶低通滤波的波形有失真，因此我们经过讨论决定采用四阶低通滤波。 在设计移相电路=时，我们小组发现移相后正弦波的波形幅值有偏差，所以我们决定将移相电路中的跟随电路变为反向放大电路，并且增加一个电位器从而调节移相后波形的幅值。 元器件清单 序号 名称 型号/规格 数量 备注 1 电阻 10K 18 1K 10 3K 6 6.8K 5 2.4K 8 300 4 100 3 820 3 2 电容 47uf 3 102 4 103