专业课程设计报告
设计题目：模拟信号发生和模拟光发射/光接收电
路设计
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电子科学与技术教研室
一、设计题目
模拟信号光发射与光接收电路设计
二、设计要求
将信号源的正弦信号，通过光电调制变为光信号，用光纤传输，然后再光电解调，恢复为原始的电信号。恢复的电信号可随信号源的电信号频率及幅度改变。
三、分析设计
1、分析：
1）、系统原理：
光电通信系统首先将欲传输的电信号转换成光信号，通过合适的光导传输系统后，再将光信号复原成电信号。完成这些转换
和传输功能的关键元件是光发射机、光纤和光接收机等。
在光线通信系统中，光发射机的基本功能是将携带信息的电信号转换成光信号，并将光信号输送入光纤中。发光射机主要由
光源及其驱动电路以及一些使系统正常、可靠工作的辅助控制电
路组成。
模拟光发射机的基本组成包括光源、输入电信号的接口电路、光源的驱动电路以及光源的控制、保护电路等四部分，结构
如图所示。要传输的电信号首先通过光发射机的接口部分进入光
发射机，实现信号的幅度、阻抗的匹配，以适应光发射机的要求。模拟光发射机框图:
系统结构图：
2）、 发射电路为LED 驱动电路，根据LED 的P —I 特性，要求注入电流30mA 至80mA,驱动电路使光源的注入电流随着输入信号的变化而变化，从而使光源发出的光携带有输入信号的特性，将电信号转换为光信号，实现光发射。
在实际搭建电路中，由于发光二极管的电阻大约为10欧姆左右，我们可用10欧姆电阻代替LED 管（调试好后再换为二极管，以防止损坏器件），用示波器可以测得该电阻的直流分压。
由于要求注入LED 的电流为30mA 至80mA 。为了在温度发生变化时能使Ic 维持恒定,所以采用射极偏置电路来稳定工作点,以达到恒定的C 极电流,从而使电路稳定工作。
放大电路
光发射电路
光接收电路
模拟信号
光 纤
模拟信号 驱动电路 保护
光源
温度 控制 功率控
3）、光接收电路由PIN和放大电路组成，PIN接收到LED通过光纤传来的光信号，将光信号转化为电信号，然后通过前置放大电路对接收到的电信号进行滤噪放大，最后通过放大电路对接收到的电信号放大,恢复出模拟正弦信号。
2、设计：
1）、光发射电路：LED驱动电路如下所示（其中LED用10欧姆电阻代替）：
Vb=R3/(R2+R3)*Vcc=6/(6+4)*5=3V;
Ie=(Vb-Vbe)/R5=(3-0.7)/10=23mA;
B=150>>1 所以Ic=Ie=23mA;
Vce=Vcc-Ic(R4+R5+R1)=5-23*(10+40+30)=3.16V;
静态工作点：
Q(Vce, Ic)=( 3.16V,23mA);
Rbe=200+(1+B)*26mv/Ie=200+151*(26/23)=370.7欧姆
输入电阻：
Ri=R2//R3//[Rbe+(1+B)Re]=4k//6k//[0.37+(1+B)0.004]=1.75欧姆
输入与输出波形如图所示：
*注：在上图中，下面蓝色的为输入波形，上面红色的为输出波形,由上图知，直流电流值应为：
（5—3.25）/30=58mA>30mA能够驱动LED，使LED工作。输
出的正弦电压Vp-p=940mV.
2）、放大电路：
放大电路输入波形图:
频率响应波形：
由上图可知：在2MHz时输出衰减为0.05dB.
对于其频率特性,根据小信号模型可知:C1,C2,C3越大则高频特性越好,因为其模型可等效为一个高通型滤波器.
3）、光接收电路：（该电路用正弦信号源代替PIN，输入电压为40mV,2MHz.）
接收电路输出波形：
*注：输出信号与输入信号相比，大约放大β=90。电路带宽为30Hz~3MHz. 4）、正弦信号发生电路：
产生信号波形为：
产生信号的频率为：
四、实验调试
系统电路的构建是由两个模块构成的。在搭建电路的过程中也
是一个一个电路逐步调试，然后再将其组合起来。在光发射部分遇到的主要问题是通过发光二极管的电流大小不符合参数要求。这个问题主要是通过改变三极管的直流工作点的位置以及发射极和集电极电阻的大小来达到要求的。光接收部分在接收电信号的时候可以将其放大,在上述过程中我已经详细阐明提高放大倍数及提高频率特性的方法.
静态检测与调试:连好电路后，断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，发现无异常情况出现；接下来分别测量各关键点直流电压，光发射电路二极管对地的直流电压大约为 3.25V，放大电路中三极管的集电极对地电压为
5.5V左右，放大电路输入、输出端直流电压等是在正常工作状态下。
另外对于放大电路用示波器观察无自激发生。在此过程中还发现阻抗匹配，通过修改参数是电路进行正常工作。
在设计放大电路时，某一元件的选择不合适就会影响电路的放大效果,影响带宽,所以在仿真后通过不断的调试才得到最后的电
路。但是实际还是和理论有较大的差别，由于各个器件的误差及其
他因素，实际连接的电路输出信号幅度比较小，放大效果不是很好，消光比也不符合要求，经过查找资料去解决问题。使电路的参数接
近我们的需求。
六、体会
在本次专业课程实习中，我们把平时所学的专业知识与实际应用相结合。在实际应用中，理论知识和现实应用是有一定的区别，如何使理论知识运用到实际中，是我们解决问题的关键，对于模拟信号在光纤中
怎样传输的问题，通过查找资料了解到，在光纤中只能传输光信号，而不能传输模拟信号，因此我们必须把模拟信号转换成光信号，然后再在光纤中进行传输。最后通过光电解调，恢复出原始信号，但是经过光纤传输后，信号变弱，我们需要对信号进行放大。通过本次实习我到了很多知识，把课本知识和实际结合起来，通过设计电路使我又复习了模拟电路的知识。
七、附录
参考文献：
1、康华光、陈大钦.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，1979
2、方强，梁猛.光纤通信.西安：西安电子科技大学出版社，2003.
南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p =6V，正弦波U p-p>1V。 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V 应接近晶体管的截止电压值。 m 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2 调整电路的对称性，并联电阻R E2 用来减小差 分放大器的线性区。C 1、C 2 、C 3 为隔直电容，C 4 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出 波形。 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n个波段范围。 ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r～和r△；表征方波特性的参数是上升时间t r。 四、电路仿真与分析
模拟数字信号处理的相关性 Paul Hasler 和David V.Anderson 佐治亚州电子与计算机工程技术研究院, 亚特兰大市, GA30332 phasler@https://www.doczj.com/doc/6717073653.html,, dva@https://www.doczj.com/doc/6717073653.html, 摘要 我们介绍了模拟数字信号处理的相关性的定义和实时信号处理函数的含义.我们也讨论了模拟计算和数字计算电路中操作运算的平衡行问题,并且展示了模拟数字信号相关性处理系统的构架.该系统在模拟VLSI电路处理中的新特性使用采用可编程单元方法改进模拟信号处理系统成可能。 1.模拟数字信号处理相关性的定义 在最近和将来DSP的应用中, VLSI模拟电路的新特性得到了使用[1,2,3,4,5,6,7]。并且，模拟电路系统具有可编程性，可配置和良好的适应性，同时集成度可以和数学存储单元相比（例如，能将超过10万的加法器集成到单一芯片上）[8,9,10,11,5].通常，单一芯片不会同时具有模拟和可编程特性，模拟电路主要用在前置放大器中，而可编程器件专门用于数字处理域中。因此，我们必须清楚是否要具有数学和模拟信号处理两中特性，或者针对特殊用途选择专门的解决方案。本论文所关注的就是确定问题所在。本文章描述了一种创建模拟数字信号处理系统相关性方案。与简单将各部分拼接起来相对，该系统更能发挥各部分的优势。 本论文中我们定义了模拟数字信号相关性处理的概念（CADSP），并且在实时系统中使用了可编程模拟信号处理和数字信号处理相融合的方法。在现在技术中无论是模拟信号处理还是数字信号处理均不会单独使用，因为现实世界中信号均为模拟量然而大多数的控制器都是数字量。最终问题就是如何区分模拟和数字的界限，如图1所示，使用互动有益方法时，利用模拟/数字计算来形成系统的总体框架。对于计算时模拟量和数字量如何区别，CADSP能灵活地设定。在数学运算和电路计算方面，CADSP是复合信号研究的超集。在模拟系统中增加函数功能性后，我们能改进数字系统的性能，因此这样的整个产品正在研发中。 图1 模拟/数字信号相关性处理的结构图。我们认为从现实传感器中获得信号的模型是模拟的，它需要由计算机处理。相反的数字信号经过执行机构作用于现实。一种方法是将A/D传感器放置在尽量接近被监测信号的位置，将计算机的残差直接输出。另一种交互的方式是通过模拟信号处理，获得简单A/D转换器，减小数字计算机的计算误差的步骤来完成。可以将上述模拟计算和A/D转换器组合起来组成复杂的A/D转换器，与引入信号的字面地图相比它能提供更多的信息（如傅立叶系数，音位等）。模数界限的确定特殊应用的需要。 对模数界限划分的讨论将会占用数篇论文。该方法的应用领域包括语音处理，多维信号处理，雷达波计算，会话处理和图像处理和识别。下面的部分进行结论分析，过程分析并讨论能源消耗的含义，生产量和工程设计时间。第二部分讨论当前技术环境和模数信号处理可行性融合方式的改进。第三部分对模拟信号处理能力进行了总结。第四部分对已给定系统的解决方案进行了比较和讨论。在这一部分，将对相关的论文进行致谢。
11目录 1. 设计的基本骤 (1) 1.1 雷达信号的产生 (1) 1.2 噪声和杂波的产生 (1) 2. 信号处理系统的仿真 (1) 2.1 正交解调模块 (2) 2.2 脉冲压缩模块 (3) 2.3 回波积累模块 (3) 2.4 恒虚警处理（CFAR）模块 (4) 结论 (11)
1 设计的基本骤 雷达是通过发射电磁信号，再从接收信号中检测目标回波来探测目标的。再接收信号中，不但有目标回波，也会有噪声（天地噪声，接收机噪声）；地面、海面和气象环境(如云雨)等散射产生的杂波信号；以及各种干扰信号（如工业干扰，广播电磁干扰和人为干扰）等。所以，雷达探测目标是在十分复杂的信号背景下进行的，雷达需要通过信号处理来检测目标，并提取目标的各种信息，如距离、角度、运动速度、目标形状和性质等。 图3-6 设计原理图 2 信号处理系统的仿真 雷达信号处理的目的是消除不需要的信号（如杂波）及干扰，提取或加强由目标所产生的回波信号。雷达信号处理的功能有很多，不同的雷达采用的功能也有所不同，本文是对某脉冲压缩雷达的信号处理部分进行仿真。一个典型的脉冲压缩雷达的信号处理部分主要由A/D 采样、正交解调、脉冲压缩、视频积累、恒虚警处理等功能组成。因此，脉冲压缩雷达信号处理的仿真模型.
2.1 正交解调模块 雷达中频信号在进行脉冲压缩之前，需要先转换成零中频的I 、Q 两路正交信号。中频信号可表示为: 0()()cos(2())IF f t A t f t t π?=+ (3.2) 式(3.2)中， f 0 为载波频率。 令: 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.3) 则 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.4) 在仿真中，所有信号都是用离散时间序列表示的，设采样周期为T ,则中频信号为 f IF (rT ) ，同样，复本振信号采样后的信号为 f local =exp(?j ω 0rT ) (3.5) 则数字化后的中频信号和复本振信号相乘解调后，通过低通滤波器后得到的基带信号f BB (r ) 为: 1 1 000 {()cos()}(){()sin()}()N N BB IF IF n n f f r n r n T h n j f r n r n T h n ωω--==-----∑∑ (3.6) 式(3.6)中， h (n ) 是积累长度为N 的低通滤波器的脉冲响应。 根据实际的应用，仅仅采用以奈奎斯特采样率进行采样的话，得不到较好混频信号和滤波结果，采样频率f s 一般需要中心频率的4 倍以上才能获得较好的信号的实部和虚部。当采样频率为f s = 4 f 0时，ω0 T = π/2，则基带信号可以简化为 1 1 0(){()cos()}(){()sin()}()22N N BB IF IF n n f r f r n r n h n j f r n r n h n π π --==-----∑∑ (3.7) 使用Matlab 仿真正交解调的步骤： （1） 产生理想线性调频信号y 。 （2） 产生I 、Q 两路本振信号。设f 0为本振信号的中心频率，f s 为采样频率，n 为线性 调频信号时间序列的长度，则I 路本振信号为cos(n2πf 0/f s ),同样，Q 路本振信号sin(n2πf 0/f s )。当f s = 4 f 0 时，I 、Q 两路本信号分别为cos(πn/2)和sin( n π /2)。 （3） 线性调频信号y 和复本振信号相乘,得到I 、Q 两路信号。
电子电路综合设计 总结报告 设计选题 ——信号发生器的设计实现 姓名：*** 学号：*** 班级：*** 指导老师：*** 2012
摘要 本综合实验利用555芯片、CD4518、MF10和LM324等集成电路来产生各种信号的数据，利用555芯片与电阻、电容组成无稳态多谐振荡电路，其产生脉冲信号由CD4518做分频实现方波信号，再经低通滤波成为正弦信号，再有积分电路变为锯齿波。此所形成的信号发生器，信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。在此过程中，综合的运用多科学相关知识进行了初步工程设计。
设计选题： 信号发生器的设计实现 设计任务要求： 信号发生器形成的信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T 或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。 正文 方案设计与论证 做本设计时考虑了三种设计方案，具体如下： 方案一 实现首先由单片机通过I/O输出波形的数字信号，之后DA变换器接受数字信号后将其变换为模拟信号，再由运算放大器将DA输出的信号进行放大。利用单片机的I/O接收按键信号，实现波形变换、频率转换功能。
基本设计原理框图（图1） 时钟电路 系统的时钟采用内部时钟产生的方式。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率为11.0592MHz，两个配合晶振的电容为33pF。 复位电路 复位电路通常采用上电自动复位的方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 程序下载电路 STC89C51系列单片机支持ISP程序下载，为此，需要为系统设计ISP下载电路。系统采用MAX232来实现单片机的I/O口电平与RS232接口电平之间的转换，从而使系统与计算机串行接口直接通信，实现程序下载。 方案一的特点： 方案一实现系统既涉及到单片机及DA、运放的硬件系统设计，
信号处理仿真(MATLAB) 实验指导书 青岛大学自动化工程学院 2006年4月 MATLAB实验一 一、实验目的： 1. Be familiar with MATLAB Environment 2. Be familiar with array and matrix 3. Be familiar with MATLAB operations and simple plot function 二、实验内容： 1. Be familiar with Matlab 6.5 Startup Matlab 6.5, browse the major tools of the Matlab desktop The Command Windows The Command History Windows Launch Pad The Edit/Debug Window Figure Windows Workspace Browser and Array Editer
Help Browser Current Directory Browser 2． Give the answer of the following questions for the array 1）What is the size of array1? 2）What is the value of array1(4,1)? 3）What is the size and value of array1(:,1:2)? 4）What is the size and value of array1([1 3], end)? 3． Give the answer of the following commad 1) a=1:2:5; 2) b=[a’ a’ a’]; 3) c=b(1:2:3,1:2:3); 4) d=a+b(2,:) 5) w=[zeros(1,3) ones(3,1)’ 3:5’] 4． Give the answer of the sub-arrays 1) array1(3,:); 2) array1(:,3); 3) array1(1:2:3,[3 3 4]) 4) array1([1 1],:) 5． Give the answer of the following operations 1) a+b 2) a*d 3) a.*d 4) a*c 5) a.*c 6)a\b 7) a.\b 8)a.^b 6．Solve the following system of simultaneous equations for x 7．Edit & Run the m-file % test step response function wn=6; kosi=[0.1:0.1:1.0 2]; figure(1); hold on for kos=kosi num=wn^2; den=[1,2*kos*wn,wn.^2]; step(num,den) end hold off; 8．Edit & Run the m-file % test plot function x=0:pi/20:3*pi; y1=sin(x); y2=2*cos(2*x); plot(x,y1,'rv:',x,y2,'bo--'); title('Plot the Line of y=sin(2x) and its derivative'); xlabel('X axis'); ylabel('Y axis'); legend('f(x)','d/dx f(x)'); grid on; 9． Edit & Run the m-file % test subplot and loglog function x=0:0.1:10; y=x.^2-10.*x+26; subplot(2,2,1); plot(x,y); grid on;
一种新型信号调理电路的设计 娄莹１，王雪洁２ （１鞍山科技大学电子信息工程学院，辽宁鞍山１１４０４４；２浙江大学城市学院信息与 电子学院，杭州３１００１５） 摘要：介绍一种能对各种不同的标准信号、非标准信号进行采集的通用电路。采用一种很新颖的设计方法，在不改变硬件情况下，使用软件进行简单的设定，通过单片机完成对光继电器的控制及数字电位器的调节从而实现对不同信号的采集。 关键词：单片机；光继电器；数字电位器 中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－１３９０（２００５）０８－００４３－０３ !ＬＯＵＹｉｎｇ１JＷＡＮＧＸｕｅ－ｊｉｅ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎJＡｎｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙJ Ａｎｓｈａｎ１１４０４４JＬｉａｏｎｉｎｇJＣｈｉｎａZ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＣｉｔｙＣｏｌｌｅｇｅJＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１５JＣｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ_Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓａｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｕｓｅｄｔｏｓａｍｐｌｅｆｏｒａｌｌｋｉｎｄｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｎｏｎ－ｓｔａｎｄａｒｄｓｉｇｎａｌｓ．ＡｎｅｗｔｙｐｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄJｉｔｄｏｅｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｏｎｌｙｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｓｉｍｐｌｅｓｅｔｔｉｎｇ－ｕｐｂｙｓｏｆｔｗａｒｅJｃｏｕｌｄｆｉｎｉｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙａｎｄａｄｊｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈＳＣＭJａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｃｏｕｌｄｂｅｓａｍｐｌｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ_ＳＣＭZｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙZｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ ＤｅｓｉｇｎｏｆａＳｉｇｎａｌＡｄｊｕｓｔＣｉｒｃｕｉｔ ０引言 在实际生产中往往需要对多种物理信号进行检测以便实现计量和控制，针对不同的信号往往需要不同的采集电路［１－５］，这样一来在设计、安装与调试方面就存在很多不便之处。本文提出一种通用的可对多种信号进行采集的信号调理电路。若将此电路应用于仪器仪表中，则不必开箱，只需通过软件设定即可接收工业现场常见的各种信号，并可同时对八个通道模拟量进行采样记录，各个通道完全隔离。本电路适用于精密物理量测量的场合，如煤气、水、蒸汽、重油等资源流量的测量。 １硬件设计 信号调理电路单路输入的硬件结构如图１所示，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。 信号输入电路由精密基准电源ＭＡＸ８７２、光继电器ＡＱＷ２１２Ｅ、运放４５０２及精密仪表开关电容模块ＬＴＣ１０４３等组成。其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差；另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。ＭＡＸ８７２具有较宽的电压输入范围（２．７～２０Ｖ），输出精度可达２．５００Ｖ±０．２％。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是双精密仪表开关电容，电容外接，多用于精密仪表放大电路、压频转换电路和采样保持电路等。当内部开关频率被设定在额定值３００Ｈｚ时，ＬＴＣ１０４３ＣＮ的传输精确度最高，此时电容器ＣＳ和ＣＨ大小均为１μＦ。ＬＴＣ１０４３ＣＮ和运放ＬＴ１０１３组成差分单端放大器，采用ＬＴＣ１０４３ＣＮ为差分输入的电压采样值，电压保持在电容器ＣＳ上并送到接地参考电容器ＣＨ中，而ＣＨ的电压送到ＬＴ１０１３的非反相输入端放大。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是通过电容完成电压的传输，使电压由差分输入变为单端输入，并起到了很好的信号隔离作用，在本设计中双电容的巧妙 ４３ －－
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
PLC对模拟量信号的处理过程及方法模拟量信号是自动化过程控制系统中最基本的过程信号(压力、温度、流量等)输入形式。系统中的过程信号通过变送器，将这些检测信号转换为统一的电压、电流信号，并将这些信号实时的传送至控制器(PLC)。 PLC通过计算转换，将这些模拟量信号转换为内部的数值信号。从而实现系统的监控及控制。从现场的物理信号到PLC内部处理的数值信号，有以下几个步骤：
从以上PLC模拟量的信号输入流程可以看到，在自动化过程控制系统中，模拟量信号的输入是非常复杂的。但是，在现目前的工业现场，对模拟量信号的处理已基本都采用电流信号方式进行传输，
相比于电压信号方式，电流信号抗干扰能力更强，传输距离更远，信号稳定。 这里就PLC对模拟量信号的转换过程进行一个简单的分解介绍。 PLC对模拟量信号的转换 西门子S7-200SMART PLC模拟量模块对模拟量信号的转换范围 台达DVP系列模拟量模块对模拟量信号的转换范围从以上 可以看到： 1、模拟量信号接入PLC后，PLC将模拟量信号转换为了整型数据，不是浮点数(如西门子-27,648 到 27,648); 2、不同品牌的PLC对模拟量转换范围是有差异的(如西门子-27,648 到 27,648;台达-32,384 到 32,384); 3、PLC同一个模块对不同类型的模拟量信号的转换范围是一致的
(如西门子对±10 V、±5 V、±2.5 V 或 0 到 20mA的模拟量信号的转换范围均为-27,648 到 27,648); 故从以上几点我们可以知道，接入PLC的模拟量信号还需要进行再转换处理，才可以得到与实际物理量相匹配的数据;在进行数据转换处理的时候，还应该与使用的PLC模块的处理数据范围相对应。PLC数据转换处理过程 1、模拟量信号与PLC转换数据之间的转换 从以上内容知道，从PLC直接读取到的模拟量信号为整型数据，整型数据无法直观的反馈出实际的物理量大小，故为了能够直观的反馈出现场的过程信号情况，还应该将这些整型数据转换为反馈直观真实的浮点数信号。这里以台达PLC模拟量输入模块的数据处理过程为例说明。
《信号处理模拟仿真》 课程设计 题目：信号处理模拟仿真课程设计 班级：电子信息科学与技术132 学生姓名：庞建奇 学号： 720130026 2016年 6 月 1 日
目录 目录 1 课程设计目的 (3) 2 课程设计要求 (3) 3 课程设计内容 (3) 3.1 MATLAB软件的基础应用 (3) 3.1.2 MATLAB描述常用信号 (5) 3.2 信号处理分析 (8) 3.2.1 信号抽样与调制解调 (8) 3.2.2 信号卷积的MATLAB实现 (12) 3.2.3 用MATLAB测量信号频谱 (15) 3.2.4 基于MALAB的DFT变换 (17) 4 实训心得 (19)
1 课程设计目的 《信号处理模拟仿真》课程实习是对电子信息科学与技术专业的一次实训，其目的在于实现在可视化的交互式实验环境中，以计算机为辅助教学手段，以科技应用软件MATLAB为实验平台，辅助学生完成信号处理中的数值分析，可视化建模及仿真调试，将学生从繁杂的手工运算中解脱出来，把更多的时间和经历放到信号处理的分析方法和理解中来。当前，科学技术的发展趋势高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的学生既要具有扎实的专业基础，还要通过工程技术实践，不断提高实验研究能力和分析计算能力，总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。因此，做好本课程的实验是学好本课程的重要教学辅助环节。 2 课程设计要求 课程设计的过程是综合运用所学知识的过程。课程设计主要任务是围绕数字信号的频谱分析、特征提取和数字滤波器的设计来安排的。根据设计题目的具体要求，运用MATLAB语言完成题目所规定的任务及功能。设计任务包括：查阅专业资料、工具书或参考文献，了解设计课题的原理及算法、编写程序并在计算机上调试，最后写出完整、规范的课程设计报告书。 实验前，必须首先阅读本实验原理，读懂所给出的全部范例程序。实验开始时，先在计算机上运行这些范例程序，观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序应该完成的工作，进一步分析程序中各个语句的作用，从而真正理解这些程序。 3 课程设计内容 3.1 MATLAB软件的基础应用 3.1.1.1 实验名称 MATLAB 程序入门和基础应用 3.1.1.2 实验目的 1.学习Matlab软件的基本使用方法； 2.了解Matlab的数值计算，符号运算，可视化功能； 3.Matlab程序设计入门
摘要 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。 关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集
1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路 1.2设计要求 1.2.1设计目的 （1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法 1.2.2基本要求 （1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值 （2）信号的频率范围在50Hz-10KHz （3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小 1.2.3发挥部分 （1）超出上下限的保护电路及指示 （2）电桥信号采集 （3）其他
2设计思路 这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。 信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压漂移和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。 在电路的输出端接入一个小绿灯，来判定电路的电压是否超出题目要求范围，并由示波器显示激励源的波形
实验8 序列信号发生器电路设计 一、实验目的： 1．熟悉序列信号发生器的工作原理。 2．学会序列信号发生器的设计方法。 3．熟悉掌握ＥＤＡ软件工具Proteus 的设计仿真测试应用。 二、实验仪器设备： 仿真计算机及软件Proteus 。 74LS161、74LS194、74LS151 三、实验原理： 1、反馈移位型序列信号发生器 反馈移位型序列信号发生器的结构框图如右图 所示，它由移位寄存器和组合反馈网络组成， 从寄存器的某一输出端可以得到周期性的序列 码。设计按一下步骤进行： （1）确定位移寄存器位数n ，并确定移位 寄存器的M 个独立状态。 CP 将给定的序列码按照移位规律每 n 位一组，划分为M 个状态。 若M 个状态中出现重复现象，则应增加移位寄存器的位数。用n+1位再重复上述过程，直到划分为M 个独立状态为止。 （2）根据M 各不同状态列出寄存器的态序表和反馈函数表，求出反馈函数F 的表达式。 （3）检查自启动性能。 （4）画逻辑图。 2、计数型序列信号发生器 计数型序列信号发生器和组合的结构框图 如图 所示。它由计数器和组合输出网络两部分 组成，序列码从组合输出网络输出。设计 过程分为以下两步： （1）根据序列码的长度M 设计模M （2）按计数器的状态转移关系和序列码的要求组合输出网络。由于计数器的状态设置和输出序列没有直接关系，因此这种结构对于输出序列的更改比较方便，而且还能产生多组序列码。 四、计算机仿真实验内容及步骤、结果： 1、设计一个产生100111序列的反馈移位型序列信号发生器。 1、根据电路图在protuse 中搭建电路图
第六章（模拟信号的数字传输）习题及其答案 【题6－1】已知信号()m t 的最高频率为m f ，由矩形脉冲()m t 进行瞬时抽样，矩形脉冲的宽度为2τ，幅度为1，试确定已抽样信号及其频谱表示式。 【答案6－1】 矩形脉冲形成网络的传输函数 ()( )( ) 2 2Q A Sa Sa ωτ ωτ ωττ== 理想冲激抽样后的信号频谱为 1 ()(2) =2 s m m m n s M M n f T ωωω ωπ∞ =-∞ = -∑ 瞬时抽样信号频谱为 ()()()( )(2) 2 H s m n s M M Q Sa M n T τ ωτ ωωωωω∞ =-∞ == -∑ ()H M ω中包括调制信号频谱与原始信号频谱()M ω不同，这是因为()Q ω的加权。 瞬时抽样信号时域表达式为 ()()()() H s n m t m t t nT q t δ∞ =-∞ = -*∑ 【题6－2】设输入抽样器的信号为门函数()G t τ，宽度200ms τ=，若忽略其频谱的第10个零点以外的频率分量，试求最小抽样速率。 【答案6－2】 门函数()G t τ的宽度200ms τ=，其第一个零点频率1150f Hz τ==，其余零 点之间间隔都是1 τ，所以第10个零点频率为110500m f f Hz ==。忽略第10个零点以外的频率分量，门函数的最高频率是500Hz 。由抽样定理，可知最小抽样速率21000s m f f Hz ==。
【题6－3】设信号()9cos m t A t ω=+，其中10A V =。若()m t 被均匀量化为40个电平，试确定所需的二进制码组的位数N 和量化间隔v ?。 【答案6－3】 ()m t 需要被量化为40个电平，即40M =，表示40个电平需要的二进制码 组位数 2[log ]16N M =+= 量化间隔 22100.540A v V M ??= == 【题6－4】已知模拟信号抽样的概率密度()f x 如下图所示。若按四电平进行均匀量化，试计算信号量化噪声功率比。 【答案6－4】 根据()f x 图形可知 10<1()1 -10 01x x f x x x x -≤?? =+≤≤??≥? x 动态范围为：1(1)2v =--= 量化级间隔为： 2 0.54v v M ?= == 量化区间端点和量化输出为：01m =-，10.5m =-，20m =，30.5m =，41m =； 10.75q =-，20.25q =-，30.25q =，40.75q =。 量化信号功率为：
实验一 数字信号处理的Matlab 仿真 一、实验目的 1、掌握连续信号及其MA TLAB 实现方法； 2、掌握离散信号及其MA TLAB 实现方法 3、掌握离散信号的基本运算方法，以及MA TLAB 实现 4、了解离散傅里叶变换的MA TLAB 实现 5、了解IIR 数字滤波器设计 6、了解FIR 数字滤波器设计1 二、实验设备 计算机，Matlab 软件 三、实验内容 （一）、 连续信号及其MATLAB 实现 1、 单位冲击信号 ()0,0()1,0 t t t dt εεδδε-?=≠??=?>??? 例1.1：t=1/A=50时，单位脉冲序列的MA TLAB 实现程序如下： clear all; t1=-0.5:0.001:0; A=50; A1=1/A; n1=length(t1); u1=zeros(1,n1); t2=0:0.001:A1; t0=0; u2=A*stepfun(t2,t0); t3=A1:0.001:1; n3=length(t3); u3=zeros(1,n3); t=[t1 t2 t3]; u=[u1 u2 u3]; plot(t,u) axis([-0.5 1 0 A+2]) 2、 任意函数 ()()()f t f t d τδττ+∞ -∞=-? 例1.2：用MA TLAB 画出如下表达式的脉冲序列 ()0.4(2)0.8(1) 1.2() 1.5(1) 1.0(2)0.7(3)f n n n n n n n δδδδδδ=-+-+++++++
clear all; t=-2:1:3; N=length(t); x=zeros(1,N); x(1)=0.4; x(2)=0.8 x(3)=1.2; x(4)=1.5; x(5)=1.0; x(6)=0.7; stem(t,x); axis([-2.2 3.2 0 1.7]) 3、 单位阶跃函数 1,0()0,0t u t t ?≥?=?
北京工业大学课程设计报告 模电课设题目基于运放的信号发生器设计 班级：1302421 学号：13024219 姓名：吕迪 组号：7 2015年 6月
一、设计题目 基于运放的信号发生器设计 二、设计任务及设计要求 （一）设计任务 本课题要求使用集成运算放大器制作正弦波发生器，在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激震荡而产生正弦波输出的电路。经过波形变换可以产生同频三角波、方波信号。（二）设计要求 基本要求：使用LM324，采用经典振荡电路，产生正弦信号，频率范围,360Hz～100kHz。输出信号幅度可调，使用单电源供电以及增加功率。 （三）扩展要求 （1）扩大信号频率的范围； （2）增加输出功率 （3）具有输出频率的显示功能。 三、设计方案 （一）设计框图 （二）设计方案选择思路 我们在模电课上学过几种正弦波振荡器的基本电路，包括RC串并联正弦波振荡器、电容三点式正弦波振荡器以及电感三点式正弦波振荡器。因为题目要求设计基于运放的正弦波发生器，我们就确定将RC串并联网络正弦波振荡器作为我们设计的基础电路，因为此振荡器适用于频率在1MHz一下的低频正弦波振荡器而且频率调节方便，我们打算先通过计算搭建RC 正弦波振荡电路，测试基本电路达到的频率及幅值范围，再在这一基础上进行放大，使频率及幅值与设计要求相符合，因此设计出了二级反向放大这一模块。最后，为了提高电路的输出功率，减小电路的输出阻抗，再设计电压跟随器这一模块来完善整个电路。由此，我们确定出三个模块：RC正弦波振荡电路，二级反向放大电路，电压跟随器，并准备从基础模块入手，分模块实现，并根据实际情况不断调整改进原先的设计方案。 （三）元器件清单 芯片：LM324*2 40106*1 二极管：1N4148*2 电容：10μF*1、10nf *4 电阻：2k*1 、10k*4、51k*1 、82k*1 、91k*1 、100k滑动变阻器*1、220k*1 电位器：50k双联*1、10k*2、50k*1 （四）芯片资料
siemens PLC 模拟量 有的仪表能直接输出标准的4~20mA信号，能直接输入PLC，PLC一般都有能接收4~20mA信号的AI模块；有的仪表必须在回路中提供电源才能输出4~20mA信号，因此要将这些信号输入PLC，就得考虑PLC的AI模块是否具有配送电功能。若模块不具备配电功能就得另外加配电器。 西门子PLC有AI模块具有向仪表（譬如变送器）配电功能，因此楼主协议中用户提到的“有源”信号即是提醒你根据不同的输入信号，考虑选用相应的AI模块。 PLC的模拟量是否有源无源，应该从一定的角度去看。如果是输出信号，应为无源的。如果讲模拟量输入信号，这个不由PLC决定。 ================================================================= 有源信号应该是现场过来的4－20mA直接接到你的模拟量端子上不用另外供24V 电，无源应该是现场过来的4－20mA信号得把你的24V电串到回路里。建议你在模拟量信号前加安全栅，这样即可以满足防爆现场，又可以在不确定有源、无源时在现场改线，只需把接线方式改变一下，省时省力 ===================================================================== = 仪表分二线制和四线制，四线制仪表单独两线供电，220VAC或24VDC等，另两线输出4～20ma。两线制仪表必须有外部电源串进回路，现在的AI模块都有是否向外配电的功能，也就是两线制仪表要接向外配电的AI回路 ===================================================================== == siemens模拟量输入模块可以同时提供2线制和4线制的模拟量信号输入，2线制输入所需电源由模块自身提供，4线制输入所需电源由外部电源提供，这两种模式的选择需要对模拟量输入模块的通道进行设置，包括模块上用于输入模式设置的插接卡以及在硬件配置时对相应通道的组态。 ==================================================================== 模拟量输入分两线制和四限制，两线制是指外部设备不提供电源，靠模板供给，所以千万不能短路，四线制是指外部设备提供电源。两线制和四线制的模板接线方式是不一样的，参考说明，PT100，`也是专门的接线方式，并且模板组态时必须选择PT100才行。QQ：715273343。 ===================================================================== ===
收稿日期:2004202213 基金项目:佛山科学技术学院校级科研课题经费资助 作者简介:谢嘉宁(1971-),女,广东潮州人,佛山科学技术学院物理系讲师,光学工程硕士,主要从事光学实验教学与 光信息处理的研究. Matlab 在光学信息处理仿真实验中的应用 谢嘉宁1,陈伟成1,赵建林2,陈国杰1,张潞英1 (1.佛山科学技术学院物理系,广东佛山528000;2.西北工业大学应用物理系,陕西西安710072) 摘 要:提出了一种利用计算机并通过Matlab 软件仿真光学信息处理实验的方法,其特点是可以随意改变物理参量,克服了光学实验上难以实现的操作.文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果. 关键词:Matlab ;计算机仿真;CAI 中图分类号:O4239 文献标识码:A 文章编号:100524642(2004)0620023203 1 引 言 光学信息处理是以光子传递信息,以光学或光电子器件进行操作运算,利用光的透射、干涉和衍射等光学现象来实现对输入信息的各种变换或处理.因此,它也是一门基于实验的科学.随着计算机的广泛使用,计算机仿真实验得到了大量研究,各类CAI 软件应运而生,给光学信息处理的研究和教学带来极大方便.但笔者在调研中发现,大部分的仿真程序由VB ,C 和Fortran 等高级语言编写[1～3].使用这些语言编程,需要编者具有良好的计算机编程能力并花费较多的时间.因此,本文探讨利用Matlab 软件实现对光学信息处理实验的计算机仿真方法. Matlab 作为科学计算软件,主要适用于矩阵 运算和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷,运算高效、内容丰富,并且有大量的函数库可供使用[4].与Basic ,C 和Fortran 相比,用Matlab 编写程序,其问题的提出和解决只需以数 学方式表达和描述,不需要大量繁琐的编程过程,因此特别适合工程计算和教学软件的编写.本仿真实验系统实现了多种衍射屏的夫琅和费衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的仿真.2 仿真系统的总体设计 本系统采用Matlab5.3编写,在Pentium 以上个人计算机上、Matlab 环境下运行.为了方便 用户使用,本系统的实验项目模块设置如图1所示.主界面的程序为OIP000.m ,界面如图2所 示.四大系统子模块是该窗体的子窗体模块,分别为OIP1.m ,OIP2.m ,OIP3.m 和OIP4.m ,通过单击主界面上相应的按钮即可启动相应的子窗体,在每一级子窗体界面上有相关的参量选择和操作 . 图1 系统模块功能图 图2 仿真实验系统主界面 第24卷 第6期 2004年6月 物 理 实 验 PHYSICS EXPERIM EN TA TION Vol.24 No.6 J un.,2004