2022年队信号波形合成设计报告.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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；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,并且仍可以产生50kHz 的正弦信号作为5 次谐波,参加信号合成,使合成的波形更接近于方波；此外仍可以依据三角波谐波的组成关系,将产生的10kHz、30kHz 等各个正弦信号,合成一个近似的三角波形；本电路仍可以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；一、

2、方案论证1、方波产生电路的比较 1）用 555 定时器产生方波0412VVCCOUT8多谐振荡器可用作方波发生器；经分析可得：输出高电平Vs VDD时间 T1=0.7R1C,输出低电平常2.4 R4 R1间T2=0.7R2C , 振 荡 周 期T=0.7R1+R2C,频率f=1.43/R1+R2C ； 该 方 案 产5D1 RST3 DISDIODE_VIRTUAL THRKey=A生方波为单极性,从而送给数字50%GND100电路进行分频；1kTRIRl2 R27D2DIODE_VIRTUALCON555_VIRTUAL10nF0Timer10nFCfC图一2）用集成运放产生方波 1 / 7

3、 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 集成运放通过反相输入端的电压大小来掌握输出状态的翻转,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；8351 2U1A13C1 TL072ACD1.0 F 4R12R2 1.0k 1.0k R3 1.0k 0图二3）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,但是波形特别稳固；经过比较,我们小组认为用 用了此方案来产生方波；2、分频电路的比较555 定时器产生方波的方案最好,因此我们采1）用 74LS163芯片分频用 74

4、LS163 芯片进 行分频 时, 74LS163 芯片是同步清零、同步置数,一片 74LS163 最大为 十六分频,分频电路比较简洁,如图三所示；图三2 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2）用 74LS192 芯片分频用 74LS192 芯片进行分频, 74LS192 芯片是特别频芯片,如要进行十五分频需要两片 74LS192 芯片,分频比较复杂；经过比较,我们小组认为用 简洁,因此我们采纳了此方案；74LS163 芯片进行分频最好,分频电路也比较二、 系统设计及其参数分析、运算 1、总体设计555 定时器

5、产生分频与滤波后产生经过移相器使三个正弦波300KHz方波10KHz 、 30KHz和相位一样50KHz的正弦波对各个正弦信号的将 10KHz 和 30KHz 的正将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号合成一弦波的峰峰值分别调成幅度进行测量和数个近似的三角波形6V 和 2V 字显示将 50KHz 的正弦波参与合成,产生一个更 接近方波的波形将 10KHz 和 30KHz 的 正弦波合成产生一个近似方波2、单元电路设计1）方波产生电路参数运算 依据题目要求,经过运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+R2C , 占 空 比q=

6、R1/R1+R2计 算 得R1=R2=2.4K,电路图如图一所示；2）分频电路参数运算将产生的 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；3）滤波电路参数运算将产生的频率为 10KHz、30KHz、50KHz的方波进行四阶低通滤波分别得到频3 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - -

7、 - - - - 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；C12R23038U1AR5038U2A161R32R12C56.8 8.2 74 C4TL072ACD100nF2.2 3kTL072ACD54R41nF41nFC2 2.2k C310nF03.3nF图四4）移相电路参数运算 依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,依据公式）运算出各个电阻值,为了便利调剂可以 增加电位器来调整相应阻值,并且在移相电路的最终一级通过电位器和集成运放构成反相放大来调剂正弦波的峰峰值；三、 测试方案、步骤及结果记录与分析1、方波产生电

8、路测试及结果分析对；图五2、分频电路测试及结果分析图六4 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3、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；图七4、移相电路测试及结果分析差；图八测试步骤：将滤波所得到 的正弦波经过移相把各个正弦 波相位调成一样；测试结果分析：由于此电 路器件参数挑选不太精确,导 致 移 相 后 的 波 形 相 位 存 在 误5、波形合成电路测试及结果分析图十图九

9、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；四、 设计总结我们小组在完成本次课题时遇到了很多问题,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才能；我们在这个过程中遇到了如下 问题并作出了相应改进：1、 我们小组用 555 定时器产生的方波占空比不是 5 / 7 50%,并且频率也达不到名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - -

10、- - - 300KHz,与理论的运算有肯定的误差；经过争论,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,并且可通过电位器转变方波的占空比；2、 在进行滤波时,我们小组刚开头是采纳二阶低通滤波,经过仿真发觉 二阶低通滤波的波形有失真,因此我们经过争论打算采纳四阶低通滤波；3、 在设计移相电路 =时,我们小组发觉移相后正弦波的波形幅值有偏差,所以我们打算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剂移相后波形的幅值；五、 元器件清单序号名称型号/ 规格数量备注1 电阻10K 18 74LS163 可用1K 10 3K 6 6.8K 5 2.4K

11、8 2电容300 4 100 3 820 3 47uf 3 102 4 103 6 3电感104 3 47nf 3 22uH 2 4集成芯片Tl072 4 5电路板Tl074 4 74LS161和555 1 74LS192代替74LS163 3 74LS00 1 HEF4013BP 2 HCF4051BE 1 10cm15cm2 6电位器5cm10cm2 202 4 7导线203 1 204 1 如干六、 参考文献1、电子技术基础数字部分 第五版）,高等训练出版社 2、电子技术基础模拟部分 第五版）,高等训练出版社6 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3、现代电子技术基础 模拟部分）,北京航空航天高校出版社 4、数字设计原理与实践,机械工业出版社5、信号与系统,西安交通高校出版社6、单片机原理及应用,西安电子科技高校出版社7 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页