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方波的产生、分解、合成的研究

摘要：方波信号，可以分解为无限多个特定幅度的奇次谐波；无

限多个奇次谐波分量，幅度按特定的比例叠加，也可得到一个方波信

号。该设计为一种方波的产生、分解、合成装置，该装置经调试后可

以产生方波，基波、三次谐波及五次谐波等，同时还可实现谐波相加

合成为基波的功能。

关键词：方波分解合成

Abstract:Squarewavesignalcanbedecomposedintoaninfinite

numberofoddharmonicsofaparticularmagnitude;Aninfinitenumber

ofoddharmoniccomponentssuperimposedontheamplitudeataspecific

ratio,asquarewavesignalcanbeobtained..Onekindofsquarewave

generation,decomposition,synthesisdevicewasdesigned.After

commissioning,thedevicecanproduceasquarewave,thefundamental,

thethirdharmonicandfifthharmonic,etc.Alsothesynthesisofthe

fundamentalharmonicfunctionscanbeachieved.

Keywords:SquarewaveDecompositionSynthesis

方波信号的产生、分解、合成在信号处理中有很重要的地位，同

时，它也是无线电及电子学专业基础教学中的难点和重点．为通信技

术打下基础。

方波的产生、分解和合成是要求我们首先产生方波，利用分频电

路将其分解，最后合成。用多谐振荡电路来产生一定频率的方波，将

此方波通过中心频率分别为10?K,30?K,50?K的无限增益负反馈型带

通滤波器，分频电路把方波分解为基波、三次谐波、五次谐波，经移

相电路来实现相位同步。再通过加法电路实现基波、三次谐波、五次

谐波的合成，并用AD和单片机及显示器显示合成后的波形的峰值及

频率。

为实现这个目标我们要进行以下电路模块的设计，(1)方波产生

电路(2)分频滤波电路(3)移相电路(4)加法电路(5)峰值检测电路

(6)ADC0832与单片机的接口电路、(7)频率测量电路。各模块电路设

计调试完成后，将各个模块相连实现系统调试。以下是各模块电路电

路的设计：

1方波产生电路

用RC振荡电路来和迟滞比较器来产生方波[2](如图1示)。此方

案电路简单，器件较为常用，产生频率的范围很宽。

2分频与滤波电路

如果信号发生电路产生的是10?kHz或其倍频的方波，只需按方

波傅里叶级数展开式直接滤波即可。即滤出10?kHz、30?kHz、50?kHz

频率的正弦波，我们用运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波

器来实现[3](如图2示)

3移相电路

移相电路采用RC移相电路[3](如图3示)，可实现0至滞后180°

调相。

其工作原理：根据全通滤波器的特性(不改变输入信号的频率特

性，而改变输入信号的相位特性)设计了如图所示的移相电路(其实也

是一个简单的全通滤波器)；由图可得：

此电路无电压放大能力，其相位的改变是通过而实现的，根据这

个原理，设计了合理的参数，使得此电路可达到相位连续可调。

4加法电路

5ADC0832与单片机的接口原理

ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、

DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的

接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线

上使用。

当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，

CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使

能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束