ti杯信号波形合成实验电路

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1、2010年江苏省TI杯模拟电子设计大赛竞赛论文参赛学校：南京工程学院论文题目：信号波形合成实验电路编号：参赛选手：指导教师：2010年8月24日10信号波形合成实验电路摘要：本系统实现了将不同频率的正弦波合成近似方波和其它波形的功能。用555多谐振荡电路来产生一定频率的矩形波，通过稳压分频电路产生不同频率的方波，经运放电路调理幅值。再通过低通滤波器滤出同频率的正弦波，经移相电路来实现相位同步。根据傅里叶级数展开式，将各频率的正弦波通过加法比例电路来合成近似方波和其它波形。关键词：信号合成低通滤波移相傅里叶级数Abstract：Thesystemhasrealized

2、thesynthesisofdifferentfrequencysinewavesquarewaveandotherwavefunctions.555multivibratortoproduceacertainfrequencysquarewave,throughtheregulatorcircuitfrequencysquarewavesofdifferentfrequenciesgeneratedbytheop-ampcircuitconditioningamplitude.Andthroughalowpassfilterwithfrequencysinewav

3、e,withphase-shiftingcircuittoachievephasesynchronization.AccordingtotheFourierseriesexpansionforeachofthefrequencyofthesinewavesynthesizedbytheadditionratioofsquarewavecircuit,andotherwaveformsKeywords:signalcomposelow-passphasicmove10目录一、理论分析4二、系统方案论证42.1方波振荡电路52.2分频滤波电路52.3移相电路62.4波形

4、合成电路6三、单元模块设计63.1方波振荡电路63.2分频电路63.3滤波电路73.4移相电路83.5加法电路83.6电压测量电路9四、系统调试9五、系统功能10六、设计总结10七、附录1110一、理论分析根据傅里叶变换，任何具有周期为T的波函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即：其中：T为周期，为角频率。＝；第一项为直流分量。可将图1所示方波表示为=同样，对于如图2所示的三角波也可以表示为：=即方波可分解成不同频率的正弦波，一定频率的正弦波也可合成特定频率的方波。三角波也可同样理解。本系统根据这一原理，用正弦波来合成产生方波。10二、系统方案论证根据

5、题意，可将系统划分为方波振荡电路、分频滤波电路、移相电路和波形合成电路四个主要部分，如图所示：以下对各电路模块进行方案论证。2.1方波振荡电路系统要用10kHz、30kHz、50kHz的正弦波来合成方波。正弦波可由10kHz方波直接滤波得到，那么方波振荡电路需产生10kHz或者其倍频方波。或者上述正弦波可由10kHz、30kHz、50kHz方波分别滤波得到，三者最小公倍数为150kHz，那么信号发生电路需产生150kHz或其倍频方波。产生方波有三种方案：方案一：用RC振荡电路来和迟滞比较器来产生方波。此方案电路简单，器件较为常用，产生频率的范围很宽。不过RC振荡产生

6、的频率不太稳定，而且不易调谐。方案二：用晶体振荡器来产生方波。晶振产生的频率很稳定，但是晶振频率一般较高，需多次分频才能产生系统所需频率。而且晶振频率较为固定，不易调谐。方案三：用集成电路555做成多谐振荡器来产生方波。此电路极为简单，只需极少器件，而且频率、占空比均可调。555振荡频率可达500kHz，满足题目要求。此处我们选用方案三。2.2分频滤波电路方案一：如果信号发生电路产生的是10kHz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。不过10kHz、30kHz、50kHz的频率较为接近，滤出10kHz的正弦波尚可，滤出30kHz，50kHz的频率较

7、为困难。方案二：如果产生的是150kHz或其倍频的滤波可采用计数器来实现分频我们选用常见的十六进制计数器74LS161。系统需要10kHz、30kHz、50kHz三种频率，最小公倍数150kHz。由于方波经奇分频之后占空比不再是50%，也就不能分解成正弦波，所以我们需要300kHz或者更高的倍频进行偶分频得到满足条件的方波。再对三种频率的方波分别进行低通滤波即可得到相应频率的正弦波，此方案相对方案一较为容易，巴特沃斯低通滤波器可实现。10经讨论，此处我们选择方案二。2.3移相电路系统中各信号的频率都不高，所以移相电路采用RC移相电路即可，可实现0至滞后90°调相