05隊信号波形合成设计报告.doc

信号波形合成 摘要 本设计由方波振荡，分频滤波，移相放大，加法求和，峰值检测模块组成。通过对555定时器产生的方波进行分频，得到10kHz、30kHz、50kHz的方波。滤波移相处理后，产生三种频率的正弦信号，从而合成波形稳定的方波与三角波。最后，由峰值检测电路检测幅值，并由MSP430显示。经验证，本设计电路幅值相位易于调节，波形稳定，效果理想，达到了设计要求。 关键词 傅立叶级数 方波合成 带通滤波 MSP430单片机 方案论证 1.1方波产生电路 方案：对要求较高。利用晶体振荡构成皮尔斯振荡电路方案：555定时器，采用方案。 0～360°0～360°0～°，幅度恒定。 经比较，为得到相位可调，幅值不变的波形，本设计采用方案二。 图1-4-1 图1-4-2 1.5加法电路 方案一：反相求和电路。电路稳定性较高，能实现多路信号相加，输出信号与输入信号反相。 方案二：同相求和电路。可实现多路信号相加，但稳定性不高。 经比较，为得到波形稳定的合成方波和三角波，本设计采用方案一。 1.6峰峰值检测电路 方案一：利用场效应管和电容等构成峰峰值检测电路。电路性能稳定，检测精度良好，但在高频范围内检测精度一般。 方案二：利用软件实现对峰峰值的测量。该方法精度很高，但为满足单片机的电压要求，需进行降压升压操作，产生的误差难以掌控。 经比较，方案一操作简单，精度良好，本设计采用方案一。 参数分析及计算 2.1 方波产生电路频率及占空比计算 由555定时器组成的多谐振荡器如图2-1所示。该电路通过对电容C的充放电得到周期性矩形波。由振荡频率公式，占空比公式知，若要使方波频率为300kHZ，应满足，同时调节滑动变阻器，使其上下端阻值相等，得到占空比为50%的方波。 图2-1 2.2 分频电路参数计算 分频电路如图2-2所示。将多谐振荡器得到的方波经过分频器进行15分频、5分频、3分频，再经过D触发器二分频，从而得到占空比为50%的10kHZ,30kHZ,50kHZ的方波，用于后级滤波使用。 图2-2 2.3滤波电路参数计算 滤波电路如图2-3所示，该滤波器为二阶带通滤波器。高通部分用于滤除直流分量，低通部分用于滤出10kHZ,30kHZ,50kHZ的正弦波。由截止频率公式，分别计算得截止频率为12kHZ,32kHZ,53kHZ时的电阻电容参数。为防止电路起振，放大倍数均取1.5倍以下。 图2-3 2.4移相电路参数计算 移相电路如图1-4-2所示,利用放大器的差动输入，在处产生+90度相移。若以产生90度相移的频率为中心，频率偏离时，其相角为：， 。为了获得任意的相角，选择适当的电容值0.01u，因为，通过5K滑动变阻器的调节即可实现相位调节。 2.5加法电路参数计算 根据方波的傅里叶展开式三角波的傅里叶展开式，将三路正弦波幅值和相位分别调至与公式相符，相加后即得所需波形。 2.6峰峰值检测电路参数计算 峰峰值检测电路如图2-6所示，利用两片TL072比较跟随，电容充放电，场效应管保持峰值从而实现峰值检测功能。 图2-6 系统测试及数据分析 3.1测试仪器 （1）直流稳压源：YB1732A 3A （2）数字存储示波器：SIGLENT SDS1102CFL 100MHZ 2GSa/s （3）数字万用表：UNI-T UT802 3.2测试方案 （1）测试各模块输出的方波，正弦波的幅值，频率与波形。 （2）调节正弦波幅值，相位至满足傅里叶关系，测试合成波形数据。 (3）对各输出正弦波进行峰值检测测试，计算误差。 3.3测试数据 经测试所得实验数据如表一所示。测试波形如图3-3-1至3-3-8所示。滤波所得正弦波误差为0%，合成方波峰值与设计要求值相差0.6V。 表一 信号合成电路测试数据 输出信号 正弦波一 正弦波二 正弦波三 两路合成方波 三路合成方波 三角波 频率(KHZ) 10.04 30.1 50.15 10.03 10.04 10.04 幅值(V) 6 2 1.19 5.6 5.68 9.04 图3-3-1 分频后方波 图3-3-2 10kHZ正弦波 图3-3-3 30kHZ正弦波 图3-3-4 50kHZ正弦波 图3-3-5基波、三次谐波合成方波 图3-3-6 基波、三次、五次谐波合成方波 图3-3-7合成三角波 3.