..信號波形合成實驗電路摘要：本設(shè)計包含方波振蕩電路,分頻電路,濾波電路,移相電路,加法電路,測量顯示電路。題目要求對點頻率的各參數(shù)處理,制作一個由移相器和加法器構(gòu)成的電路,將產(chǎn)生的10KHz和30KHz正弦信號作為基波和三次諧波,合成一個波形幅度為5V、近似于方波的波形。振蕩電路采用晶振自振蕩并與74LS04結(jié)合,產(chǎn)生6MHz的方波源。分頻電路采用74HC164與74HC74分頻出固定頻率的方波,作為波形合成的基礎(chǔ)。濾波采用TI公司的運放LC084,分別設(shè)置各波形的濾波電路。移相電路主要處理在濾波過程中相位的偏差,避免對波形的合成結(jié)果造成影響。關(guān)鍵詞：方波振蕩電路分頻與濾波移相電路加法器ExperimentalwaveformsynthesiscircuitAbstract：Thedesignconsistsofasquarewaveoscillatorcircuit,dividercircuit,filtercircuit,phaseshiftcircuits,additioncircuits,measurementdisplaycircuit.Subjectoftherequestofthepointfrequencyofthevariousparametersofprocessing,productionofaphaseshiftercircuitconsistingofadders,willhavethe10KHzand30KHzsinusoidalsignalasthefundamentalandthirdharmonic,synthesisofawaveamplitude5V,similartosquarewavewaveform.Sincetheoscillatingcrystaloscillationcircuitcombinedwiththe74LS04toproduceasquarewavesource6MHz.Frequencycircuit74HC164andthe74HC74divideroutofafixedfrequencysquarewave,asabasisforwaveformsynthesis.FilteringusingTI'sopLC084,respectively,setthewaveformofthefiltercircuit.Phase-shiftingcircuitinthemainprocessingphaseinthefilteringprocessdeviations,toavoidprejudicingtheoutcomeofthewaveformsynthesis.Keywords：Square-waveoscillatorcircuitFrequencyandfilterPhase-shiftingcircuit課題技術(shù)指標1.1基本要求對一個特定頻率的方波進行變換并產(chǎn)生多個不同頻率的正弦信號,再將這些正弦信號合成為近似方波。設(shè)計制作一個特定頻率的方波發(fā)生器,并在這個方波上進行必要的信號轉(zhuǎn)換,分別產(chǎn)生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波,然后對這三個正弦波進行頻率合成,合成后產(chǎn)生目標信號為10KHz近似方波<如下圖>。1.2附加要求利用方波發(fā)生器進行信號轉(zhuǎn)換后的10KHz、30KHz和50KHz的正弦波進行頻率合成,合成后產(chǎn)生目標信號為10KHz近似三角波。1.3設(shè)計條件運放TL0842只計數(shù)器741644只反相器74041只觸發(fā)器74741只硅晶體6MHz1只電位器51k6只導(dǎo)線若干電阻若干系統(tǒng)設(shè)計2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計制作一個電路,能夠產(chǎn)生多個不同頻率的正弦信號,并將這些信號再合成為近似方波和其他信號。電路示意圖如圖1所示：2.2系統(tǒng)框圖3.方法論證3.1信號發(fā)生器電路方案一：數(shù)控振蕩器〔NCO產(chǎn)生時間離散和幅度離散的正弦信號和余弦信號,在模擬調(diào)制中,利用NCO可以直接產(chǎn)生調(diào)頻信號〔FM,雖然結(jié)合FPGA可以完成調(diào)頻信號的輸出,但是數(shù)控振蕩器〔NCO的平臺搭建需要時間。方案二：采用非門與晶振組合成形成正反饋電路產(chǎn)生正反振蕩,其中采用的6MHZ的晶振是起濾波作用。只有6MHZ頻率的脈沖信號容易通過該正反饋電路,其它頻率的信號被抑制。故電路表現(xiàn)為只有6MHZ的方波信號。該電路輸出穩(wěn)定,容易搭建。方案三：鎖相環(huán)CD4046。CD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路,具有電源電壓范圍寬〔為3V－18V,輸入阻抗高<約100MΩ>,動態(tài)功耗小的特點。產(chǎn)生的方波信號頻率滿足設(shè)計需要,并且波形理想。故本設(shè)計采用該方法實現(xiàn)方波振蕩電路。綜上,選取方案二。3.2分頻電路方案一：采用單片機與FPGA結(jié)合,省去許多分立的邏輯集成電路,使電路的集成性和可靠性大大提高。另編程簡單容易實現(xiàn),且容易實現(xiàn)并可以產(chǎn)生固定頻率的波形,并省去分頻電路,是電路簡化。但是FPGA平臺的搭建占用時間太長,不利于實現(xiàn)。方案二：分頻電路采用邏輯元件74164、7474、7404搭建而成。電路如下圖所示：振蕩電路所產(chǎn)生的頻率為6MHz的方波送到74164構(gòu)成10分頻電路,輸出頻率為600KHz的方波。頻率為600KHz的方波再經(jīng)74164構(gòu)成10分頻,輸出頻率為60KHz、占空比50%的方波。頻率為600KHz的方波再經(jīng)7416412分頻,得到頻率為50KHz、占空比50%的方波。同時60KHz的方波經(jīng)過7474二分頻輸出30kHz、占空比50%的方波。60KHz再經(jīng)74164六分頻得到10KHz的信號分頻電路如下圖所示。采用方案二。3.3濾波電路方案一：采用LC或RC無源濾波,電路圖如圖6所示,電路簡單,參數(shù)易于計算。但濾波效果差,而本題目只要給指定頻率的波形濾波,并且達不到題設(shè)要求?？梢愿鶕?jù)中心頻率公式：來匹配R、C的參數(shù)。圖6無源RC低通濾波器方案二：采用TI公司提供的TLC084運算放大器,搭建一個帶通有源濾波器電路圖如圖7所示采用方案二。3.4調(diào)幅電路信號經(jīng)濾波后得到完整的正弦波。調(diào)幅電路采用運放組成的反相輸入比例放大器.電路如下圖11所示。比例放大器的主要作用是調(diào)節(jié)基波、3次波和5次波的峰峰值。相關(guān)環(huán)節(jié)電路原理相同。3.5加法電路為了產(chǎn)生包含10kHz為基波、30kHz為3次波和50kHz為5次波合成一個近似方波,采用運放組成的信號調(diào)幅、疊加電路。波形幅度為5V,調(diào)幅、加法電路如下圖所示。調(diào)幅、加法電路當R=2R=3R=FR時,就是三個信號的疊加。對與合成方波,加法起的運算為對與合成三角波,加法起的運算為3.6反相器電路為了得到三角波,需要把30kHz的3次波和50kHz的5次波進行反相。反相器用運放組成的反相端輸入的1：1比例放大器來實現(xiàn)。采用TL084運算放大器搭建一個反相電路如下圖4.整體設(shè)計經(jīng)過方案比較與論證,最終確定的系統(tǒng)組成框圖如圖16所示。其中利用晶振、74LS04產(chǎn)生振蕩方波,74LS390和CD4566進行分頻,獲得題目中所要求的各頻率信號。濾波器電路分別對10K、30K、50K設(shè)計相應(yīng)的參數(shù)電路,利用TL084搭建有源濾波器。整體電路見附錄1.5.系統(tǒng)測試結(jié)果5.1、測試儀器與設(shè)備表4.1.1測試用儀器與設(shè)備儀器名稱型號數(shù)量雙通道數(shù)字示波器DS1022C1合成信號發(fā)生器NDY-EE14101數(shù)字萬用表TY3601直流穩(wěn)壓電源DF1731SC2A1計算機聯(lián)想PC機15.2、系統(tǒng)試驗結(jié)果5.2.2基波10KHz、測量峰峰值6±0.01V實測波形圖19基波10KHz、測量峰峰值6±0.01V實測波形195.2.3三次波30KHz、測量峰峰值2±0.01V實測波形如圖20圖20三次波30KHz、測量峰峰值2±0.01V實測波形5.2.4五次波50KHz、測量峰峰值1.2±0.03V實測波形如圖21圖21五次波50KHz、測量峰峰值1.2±0.03V實測波形5.2.5基波10KHz、測量峰峰值6V與三次波30KHz、測量峰峰值2V疊加后實測波形如圖22圖22基波10KHz、測量峰峰值6V與三次波30KHz、測量峰峰值2V疊加后實測波形5.2.5基波10KHz、測量峰峰值6V與三次波30KHz、測量峰峰值2V及五次波50KHz、測量峰峰值1.2V疊加后實測波形圖23基波10KHz、測量峰峰值6V與三次波30KHz、測量峰峰值2V及五次波50KHz、測量峰峰值1.2V疊加后實測波形5.2.6基波10KHz、測量峰峰值6V與三次波30KHz、測量峰峰值0.667V相減及五次波50KHz、測量峰峰值0.24V疊加后實測波形。圖24基波10KHz、測量峰峰值6V與三次波30KHz、測量峰峰值0.667V相減及五次波50KHz、測量峰峰值0.24V疊加后實測波形。經(jīng)過測試分析測試基本都達到了要求,10K與30K的分頻濾波比較理想但也存在一些誤差如頻率不是很穩(wěn)定振幅不夠精確等尤其是在多階濾波部分存在許多干擾在硬件搭接時要盡量減少信號成分電路導(dǎo)線的介入這樣會是波形發(fā)生衰減不便于后續(xù)部分的測試。在這個部分如果采用集成芯片會大大降低誤差提高精準度與穩(wěn)定性。為了增強可調(diào)性最好采用滑動變阻器與可調(diào)電阻。6.元件清單運放TL0842只計數(shù)器741644只反相器74041只觸發(fā)器74741只硅晶體6MHz1只電位器51k6只導(dǎo)線若干電阻若干雙通道數(shù)字示波器DS1022C1合成信號發(fā)生器NDY-EE14101數(shù)字萬用表TY3601直流穩(wěn)壓電源DF1731SC2A1計算機聯(lián)想PC機17.結(jié)語第一次做控制類型的題目開始著手時沒有頭緒很大一部分需要從網(wǎng)上獲取資料/r