摘要
课题任务是对一个特定频率的方波进行变换产生多个不同频率的弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波。首先设计制作一个特定频率的方波发生器，并在这个方波上进行必要的信号转换，分别产生10KHz、30KHz 和50KHz 的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后的目标信号为10KHz近似方波。
本课题的理论基础是傅里叶级数。法国数学家傅里叶发现，任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示（选择正弦函数与余弦函数作为基函数是因为它们是正交的），后世称为傅里叶级数一种特殊的三角级数。假设{a0, a1, a2, a3, ..., an, ...}和{b1, b2, b3, ..., bn, ...}是一组无穷的常数。这些常数被称为傅里叶系数。x是一个变量。普通的傅里叶级数可以表示为：
F(x) = a0/2 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x + b2 sin 2x + ...+ an cos nx + bn sin nx + ...
一些波形比较简单，比如单纯的正弦波，但是这些只是理论上的。在实际生活中，大多数波形都包含谐波频率（最小频率或基波频率的倍数）的能量。谐波频率能量相较于基波频率能量的比例是依赖于波形的。傅里叶级数将这种波形数学的定义为相对于时间的位移函数（通常为振幅、频率或相位）。[1]
随着傅里叶级数中计算的项的增加，级数会越来越近似于定义复杂信号波形的精确函数。计算机能够计算出傅里叶级数的成百上千甚至数百万个项。
本课题就是基于此原理，取基波、三次谐波及五次谐波进行合成。当然谐波之间要满足一定相位及幅值比例关系，所以用同一振荡器产生信号，再进行分频及移相等处理。
关键词：方波振荡器；傅里叶级数；分频；滤波；移相电路
Abstract
Mission is to issue a specific frequency square wave to transform strings produce multiple signals of different frequencies, then the synthesis of these sine square wave signal. First, to design a specific frequency square wave generator, and in this square wave signal on the need for conversion, were generated 10KHz, 30KHz and 50KHz sine wave, then a frequency of the three sine wave synthesis, synthesis of the target after 10KHz square wave signal.
The project is based on Fourier series theory. French mathematician Fourier discovered that any periodic function can be used sine and cosine functions to represent the infinite series form (select the sine function and cosine function as basis functions because they are orthogonal), later known as the Fourier A special series of triangular series. Suppose {a0, a1, a2, a3, ..., an, ...} and {b1, b2, b3, ..., bn, ...} is a set of infinite constant. These constants are called Fourier coefficients. x is a variable. Ordinary Fourier series can be expressed as:
F(x) = a0/2 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x + b2 sin 2x + ...+ an cos nx + bn sin nx + ...
Some relatively simple waveforms, such as pure sine wave, but these are only theoretical. In real life, most of the waveforms contain harmonic frequency (minimum frequency or a multiple of the fundamental frequency) energy. Harmonic frequency energy compared to the ratio of the fundamental frequency energy is dependent on the waveform. Fourier series mathematical definition of this kind of waveform relative to the displacement function of time (usually amplitude, frequency or phase).
Calculated as the Fourier series of items increasing, the series will be more similar to the definition of the precise function of complex signal waveforms. Computer can calculate the Fourier series of hundreds of thousands or even millions of entries.
This topic is based on this principle, take fundamental, third harmonic and fifth harmonic synthesis. Of course, between the harmonic phase and amplitude to meet certain proportional relationship, so with the same oscillator signal, then the frequency and the shift is equal treatment.
Keywords: Square wave oscillator; Fourier series; frequency; filter; phase-shifting circuit
目录
第一章系统方案比较 (1)
一、方波振荡电路及滤波电路方案论证 (1)
二、移相电路方案论证 (1)
第二章 555定时器设计 (3)
一、555芯片介绍 (3)
二、振荡器设计 (3)
第三章分频电路的设计与分析 (4)
一、CD4017介绍 (4)
二、CD4013介绍 (5)
三、分频电路设计 (6)
第四章滤波电路 (7)
一、滤波技术简介 (7)
二、NE5532芯片介绍 (10)
三、滤波电路设计 (11)
第五章移相电路 (13)
一、移相技术简介 (14)
二、移相电路设计 (15)
第六章放大及加法电路 (16)
第七章总结与展望 (18)
致谢 (19)
参考文献 (19)
附录一 (20)
附录二 (20)
附录三 (23)
第一章 系统方案比较
一 、方波振荡电路及滤波电路方案论证
方案一：用555定时器构成多谐振荡器产生300KHz 方波，或者用MSP430单片机自带定时器产生300KHz 方波，然后通过数字分频电路分出10KHz ，30KHz 及50KHz 方波，再通过滤波提取相应的正弦波，这样提取出来的正弦波相位关系确定，适合于方波、三角波的合成。
方案二：用多个555定时器构成的多谐振荡器产生分别10KHz ，30KHz ，50KHz 的方波，然后用低通滤波电路分别把各自的基波提取出来，产生10KHz ，30KHz ，50KHz 正弦波，但是这样的正弦波相位关系不确定，不能用于合成方波三角波。
方案三：CPLD 可编程逻辑器分别产生10KHz ，30KHz ，50KHz 方波，并且三种方波之间存在明确的相位关系，然后用巴特沃斯低通滤波器将10KHz 与30KHz 的基波提取出来，即产生10KHz ，30KHz 的正弦波，又因为所选用的巴特沃斯低通滤波器TLC04的截止频率达不到50KHz ，所以50KHZ 正弦波的提取采用了带通滤波器。这样就可以产生出三种正弦波，在经过移相电路将三种波形的相位差调节为0度，在通过运算放大电路使其幅度达到所需的要求，然后再将这三种有明确相位关系的正弦波通过加法器相加，即可得到所需的方波了。
由于555定时器多谐振荡器构造简单，频率稳定，所以选择方案一。
二、移相电路方案论证
方案一：用RC 构成一级移相电路，该电路优点是电路结构简单，缺点是在调节相位时，移相角度不大于90度，而且波形幅度的幅度发生变化，特别是移相角度不大于90度不能满足实际需要。
RC 一级移相电路
图1 RC 一级移相电路
如图为RC 滞后型移相网络，θ<==
?
?
?
?
*||1
2A v v A ，0
1
2
f f
tg --=
<π
θ，其中
RC f π21
0=
。即调节R 或C ，可以使网络产生0-90°的相移。[2]
方案二：用RC 构成多级移相电路，该电路结构符合相位移位的需求，可以在0-180°范围内调节相移，但是波形会发生严重衰减。
方案三：利用全通滤波电路来构成移相电路，该电路可以在0-180°范围内调节相位，且幅度基本不变化。
图2 二阶全通滤波电路
jwRC jwRC A u +--=?
11，012,1||f f tg A -?-==πθ，其中RC
f π21
0=。
由此可以看出，二阶全通滤波电路可以产生0-180°相移。[2]
方案四：在分频电路末端使用CD4013D 触发器对方波进行移相然后再进行滤波生成正弦波。
RC 移相电路构造简单但生成波形会有较大失真。全通滤波电路可以进行在0-180°范围内调节相位，波形失真较小且幅度基本不变化，但构造复杂。经考虑选择方案三。
最终总方案流程图如下：
图3
第二章555定时器设计
一、555芯片介绍
1．可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5kΩ的电阻分压器，故称555。
2．电源电压电流范围宽，双极型：5～16V；CMOS：3～18V。
3．可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平。
4．可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。
5．应用：脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等领域。
6．TTL单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为556；CMOS单定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
555定时器的集成电路外形、引脚、内部结构如图4所示。[6]
(a) 外引线排列图(b) 内部结构图
GND：接地端TR：低触发端 OUT：输出端R：复位端
：电源端CO：控制电压端 TH：高触发端 D：放电端 V
CC
图4 555定时器外引线排列及内部结构图
二、振荡器设计
选择采用NE555多谐振荡器。利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波。根据设计的需要，我最终选择如图5所示占空比及频率可调振荡电路，电阻选择3.3K欧姆电位器，电容使用1000pF。
图5 555振荡器电路
第三章分频电路的设计与分析
一、CD4017介绍
十进制计数／分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017有3个输入（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。[6]
图 6
二、CD4013介绍
在电子技术中，N/2(N为奇数)分频电路有着重要的应用，对一个特定的输入频率，要经N/2分频后才能得到所需要的输出，这就要求电路具有N/2的非整数倍的分频功能。CD4013是双D触发器，在以CD4013为主组成的若干个二分频电路的基础上，加上异或门等反馈控制，即可很方便地组成N/2分频电路。
上面介绍的N/2分频电路仅限于N≤7，当N≥7时，可根据分频N值的大小，相应增加二分频级数，并恰当引接反馈信号走线，便可得到N≥7的分频电路。
N/2分频电路的特性如下：
1.电路工作原理是，在第n个周期，末级两分频器的输出为高电平时，输入时钟脉冲的上升沿使分频电路工作；在第n＋1个周期，末级两分频器的输出为低电平时，输入时钟脉冲的下降沿使分频电路工作。
2.电路采用的是异步触发形式，各触发器的初始状态不会影响到分频的功能。如果要求初始状态为“0”状态，可以将D触发器的复位端R引出，接至复位控制电路。
3.输入信号fi的最高工作频率fimax除受到CMOS元件fM的限制外，还受到D触发器、反馈门翻转延迟和电容C滤波频率特性的影响，所以应尽可能提高fi的值。一般情况下，最高工作频率fimax在几百千赫以下。
CD4013引脚图如下：[6]
三、分频电路设计
根据题意要求，分频电路实现将300KHz方波通过分频产生 10KHz、30 KHz 和 50 KHz的新的方波。
在某特定频率的方波上要产生几个其他频率方波，可按照这些频率的最小公倍数×2 为原则，题目要求的三个频率为 10KHz、 30KHz和 50KHz，其公倍数为 150KHz，再乘以 2，则上述方波发生器为 300KHz。验证一下：300KHz频率 30 分频得 10KHz，10 分频 30KHz，6 分频 50KHz。采用十进制计数分配器CD4017配合 D触发器CD4013实现分频为上述3个频率的方波，CD4017 默认 10 分频，下图中二极管正极连接位置决定分频系数。对于 CD4013，所起的作用是将由CD4017 分频后非 50%占空比调节为 50%。设计电路见图所示，300KHz输入信号送 CD4017 的 CLK（14pin），输出信号从 CD4013 的 Q 端送出。
具体电路如图所示：
图8 50KHz分频电路
该图中由于 D2 接 CD4017 的 Q3，因此实现将 300KHz 3分频，为300KHz/3=100KHz 再经后级 CD4013 进行 2 分频，获得了 100KHz/2=50KHz 的频率。对于 30KHz和 10KHz的分析计算方法相同，不再细述。
第四章滤波电路
一、滤波技术简介
滤波技术是通信和工程测试领域的重要环节，滤波网络的理论逼近问题，早在上个世纪的三四十年代就已解决，但滤波器的综合技术，由于其网络元件参数的实际选择和调试的困难，一直没有长足的发展。近年来虽然有开关电容式专用集成滤波芯片问世，但价格不菲，电路噪声也不尽人意。因此对RC有源滤波器优化综合技术的研究，在信号处理和实时工控等领域，仍有积极的实际意义。所谓优化综合，指的是实现电路较简洁；或是网络参数易确定，调试方便；或是滤波器有确定的截止频率解析式，有较好的精度。[10]
滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：
①无源滤波器:
由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成
②有源滤波器:
一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同
时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。
从功能来上有源滤波器分为：
低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、
带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、
全通滤波器（APF）。
其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。[12]
工作原理：
二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。
二阶滤波，是实现高阶滤波网络的积木块。Butterworth 滤波网络，又称“最平坦幅频特性” 滤波网络。式(1)是二阶Butterworth归一化滤波网络的传递函
数：
式中ζ——系统阻尼系数
——系统固有角频率
ω
当时，称为最佳阻尼系数，此时系统的幅频特性也最为平坦。显然，二阶Butterworth传递函数是取得最佳阻尼系数的传递函数。
可求得其传递函数为：
电路阻尼系数：
电路阻尼系数是一个重要的参数，传递函数的两个极点均由阻尼系数ζ所表征，它对系统在整个频域内能否稳定工作起着决定性的作用。阻尼系数ζ越小，在s平面内越靠近虚轴，系统越不稳定。因此我们的任务是既要使阻尼系数取得0.707的最佳值，又要使阻容参数选择和调试方便，同时还要保证截止频率f
0有较规范的解析式。[13]
RC有源滤波器的共同特点是电路简洁，有简洁明了的频率解析式，网络参数调试方便，且有较好的精度，同时均通过实验验证，性能稳定，电路噪声小，已在多种场合得以应用。[14]
二、NE5532芯片介绍
NE5532芯片构成滤波电路。
NE5532功能特点简介:
NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。[14]
NE5532特点：
?小信号带宽：10MHZ
?输出驱动能力：600Ω，10V有效值
?输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值)
?直流电压增益：50000
?交流电压增益：2200-10KHZ
?功率带宽： 140KHZ
?转换速率： 9V/μs
?大的电源电压范围：±3V-±20V
?单位增益补偿
NE5532引脚图：
图9 NE5532 8脚引脚
NE5532内部原理图:
图10 5532内部电路图
三、滤波电路设计
为了便于计算，我电容都使用1000pF。对于10KHz分量，电阻使用10K欧姆。
具体电路如下图：
图11
它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。[16]
传输函数为： )()()(i o s V s V s A =
2
F F
)
()-(31sCR sCR A A V V ++= 令 F 0V A A = 称为通带增益
F
31
V A Q -=
称为等效品质因数 RC
1
c =
ω 称为特征角频率 则
2c
n
2
2
c 0)(ω
ωω++
=
s Q
s A s A
上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式
注： 时，即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。 对于50KHz 和 30KHz 的分析计算方法相同，不再细述。
第五章 移相电路
一、移相技术简介
线性时不变网络在正弦信号激励下，其响应电压、电流是与激励信号同频率
的正弦量，响应与频率的关系，即为频率特性。它可用相量形式的网络函数来表示。在电气工程与电子工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得有一定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出）信号。这可通过调节电路元件参数来实现，通常是采用RC 移相网络来实现的
最简单的模拟电路移相是RC 移相和LC 移相，我们一般采用RC 移相电路。
图12 用相量图表示了简单串联电路中电阻和电容两端的电压U R 、U C 和输入电压U 的关系，值得注意的是：相量法的适用范围是正弦信号的稳态响应，并且在R 、C 的值都已固定的情况下，由于X c 的值是频率的函数，因此，同一电路对于不同频率正弦信号的相量图表示并不相同。在这里，同样的移相电路对不同频率信号的移相角度是不会相同的，设计中一定要针对特定的频率进行。[18]
我们一般将RC 与运放联系起来组成有源的移相电路，图13是个典型的可调移相电路，它实际上就是图1中两个移相电路的选择叠加：在图12两个移相电路之后各自增加了一个跟随器，然后用一个电位器和一个加法器进行选择相加。
C
u u o
u i
u o
U I 图12 简单的RC 移相
图13 典型的有源RC 移相电路
如果用相量法来表示输出量和输入量的关系，我们可以得到图2电路的两个方程：
()()2
222222222211111C R RC
j C R U U j H C R RC j U U j H i
i
ωωωωωωω++=
=+-==
这里我们可以将以上方程称为用相量形式表示的传递函数或传递方程。 以上两个传递方程实际上就是图1两个电路的传递方程，它们表示出了输出信号和输入信号之间的关系，从相位来看，如果把输入信号看成是在横轴正向的单位为1的信号，则传递方程的实部对应着输出信号所处的横坐标，虚部则对应输出信号所处的纵坐标，由于以上传递方程的分母恒大于零，因此H 1表示经过IC 1后的信号相位在第4象限（实部为正，虚部为负），而H 2表示经过IC 2后的信号相位在第1象限（实部为正，虚部也为正）。至于移相的具体角度则应该是输入频率的函数。[18]
对图 和图 电路，经过两个简单移相电路的相移角度分别是 φ1=arctg （-ωRC ）和φ2=arctg （1/ωRC ）
对于周期为2πRC 的信号来说，角频率ω=1/RC ，这时的移相角度分别为-45°和+45°，在这种情况下，图2电路的移相角度不会大于±45°，当图2电路的电位器调到尽头都达不到规定的移相角度时，可考虑改变电路参数或者改变电路。
在不改变元件参数的情况下，一个很笨的方法可以这样来做：如果图2中的移相角度在R W 向下调节的过程中逐渐接近要求，但将R W 的滑动臂调到最下方仍然达不到理想结果时，我们就可以去掉IC 1和IC 3,再在IC 2后面加一个同样的IC 2电路，只不过这时可以把电阻R 换成可调电阻以改变移相的角度。
有人会把图2中IC 1电路和IC 2电路说成是低通电路和高通电路，因为在有源滤波器中，这两个电路确实是起到了低通和高通的作用。但正如我们这里只称图1中间的电路是基本的RC 移相电路，而不说它是微分电路、耦合电路、隔直电路、复位电路和高通电路一样，我们这里主要利用了图2电路的移相作用，因此我们这里就只说它是移相电路。
实际上，很多有源滤波器都有移相作用，在有源滤波器中考虑的主要是电路的幅频特性，而我们这里更重视的是相频特性。在得到电路的传递函数后，我们
可以直接用jω代替原传递函数中的s，这样就得到用相量形式表示的传递函数或称传递方程。然后有理化分母，并分析传递方程的实部和虚部，从而就可以得到移相的角度，具体的移相角度应该是
φ= tg-1[(传递方程虚部)/(传递方程实部)]
注意第1象限和第3象限的相应角度具有相同的正切值，同样第2象限和第4象限的相应角度也有相同的正切值，因此在使用公式“φ= tg-1[(传递方程虚部)/(传递方程实部)]”之前，应该首先分析输出信号所在的象限。[19]
二、移相电路设计
由于方波信号经由滤波器滤波处理后，其相位会发生改变，并且不同的频率，经过滤波器后的相位移动不同，而题目要求合成的方波和三角波的谐波信号与基波信号皆同相位，故要求制作的移相器的作用是使滤波后的三路信号移至同相位。本次设计的移相电路采用的是全通滤波器能改变即能改变相位也可以不改变
R的阻值可以实现相位的移动，将信号的幅值的原理，如图14 所示，通过改变
5
该电路多级串联，可以增大相角移动的范围。[20] Array
图14
经过示波器观察，基波10KHz正弦波与30KH正弦波相位相同，所以只需对
50KHz正弦波进行相位调节。
第六章 放大及加法电路
由傅里叶级数可知基波，三次谐波，五次谐波的振幅比为
5
1
:31:1::503010 KHz KHz KHz A A A ，
在进入加法器之前，我们应当把它们峰峰值分别调整为6V ，2V ，1.2V 。 现有型号TL082CP ，该运放采用DIP8的封装形式，各引脚如图1。
2
3
1
8
4
U1A
TL082
6
5
7
4
8
U1B
TL082
图15 TL082系列DIP8封装引脚图
具体电路图如下：
图16
由于信号经过滤波后幅值不确定,所以R2使用100K 欧姆电位器，这样便于调节。测试时候发现信号有毛刺，后来考虑电源的波动影响，在正负电源端各加了一个104的瓷片滤波电容，再进行测试发现波形有较大改善。
具体电路图如下：
图17 电源加滤波电容
加法器电路采用如图18所示的模拟加法器，滤波器输出的正弦信号分别由T1,T2,T3端口输入后叠加，得到题目所要求的叠加信号，调节R4可实现对输出信号的峰峰值进行调节。
图18 加法电路
信号波形合成实验电路（C 题） 设计任务：设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波和其他信号。 1．基本要求 （1）方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz 和30kHz 的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系（要求2个信号来自同一信号源）； 需要分频，所以振荡器产生150kHz 的信号。3分频得到50kHz ，5分频得到 30kHz 、15分频得到10kHz 。 （2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V 和2V ； 方波的展开式：)7sin 7 15sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ 其中h 是方波的幅度（一半高度）h=2.36V ，方波高度4.71V 。 采用RLC 串联谐振电路作为选频电路，对方波进行频谱分解。其中RLC 分别选：对于10kHz 的基波，1、10mH 、25.36nF 、Q=100；对于30kHz 的3次谐波，1、10mH 、2.8nF 、Q=100。 采用低通开关电容滤波器TLC04，截止频率设为40kHz 需要2MHz 的时钟，20kHz 需要1MHz 的时钟。需要用运放组成带通滤波器。 （3）制作一个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，波形幅度为5V 。 制作一个移相网络，使得两路信号同相，然后叠加即可（运放实现）。 2．发挥部分 （1）再产生50kHz 的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波 形更接近于方波； 用运放组成带通滤波器（运放实现）。 （2）根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的 10kHz 、30kHz 等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形； 三角波的展开式)7sin 7 15sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ， 将上一步中的3种波形按这一系数合成三角波。 （3）设计制作一个能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％； 采用平均值检波电路检波，然后用AD 采集、显示即可（MCU 实现）。 （4）其他。 可以添加语音功能（ISD1420实现）。
河西学院物理与机电工程 学院 综合设计实验 方波-三角波产生电路 实验报告 学院：物理与机电工程学院 专业：电子信息科学与技术
：侯涛 日期：2016年4月26日 方波-三角波发生电路 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波的波形发生器。 指标：输出频率分别为：102HZ、103HZ和104Hz；方波的输出电压峰峰值VPP≥20V 一、方案的提出 方案一： 1、由文氏桥振荡产生一个正弦波信号。 2、把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器从而把正弦波转换成方波。 3、把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。 方案二： 1、由滞回比较器和积分器构成方波三角波产生电路。 2、然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。 方案三： 1、由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。
2、用折线法把三角波转换成正弦波。 二、方案的比较与确定 方案一： 文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1=R2、C1=C2。即f=f0时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时，如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。因此放弃方案一。 方案二： 把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出的方波经积分可得到三角波、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和方波发生器。通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102HZ、103HZ和104Hz 。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二。 方案三： 方波、三角波发生器原理如同方案二。比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越大即零附近的差别最小,峰值附近差别最大。因此，根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段，按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形。而且折线法不受频率围的限制。 综合以上三种方案的优缺点，最终选择方案三来完成本次课程设计。 三、工作原理： 1、方波、三角波发生电路原理
信号波形合成实验电路 欧阳家百（2021.03.07） 摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结 合，产生6MHz 的方波源。分频电路采用74HC164与74HC74分频出固定频率的 方波，作为波形合成的基础。滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形 的滤波电路。移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结 果造成影响。 关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器 Experimental waveform synthesis circuit Abstract：The design consists of a square wave oscillator circuit, divider circuit, filtercircuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject ofthe request of the point frequency of the various parameters of processing, productionof a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz
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 =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 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）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数） ～ 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。（差模传输特性）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 应接近晶体意：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 m 管的截止电压值。 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。取Ic2上面的电流（看输出） 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。(n>3) 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 实验仿真电路图如图
信号波形合成设计报告 一、设计要求： 1、 方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz 、30kHz 和50KHz 的正弦波信号，这三种种信号应具有确定的相位关系 2、 制作一个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。 3、 根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的 10kHz 、30kHz 、50KHz 的正弦信号，合成一个近似的三角波形 （具体阐述设计的功能要求和指标要求） 二、方案设计： 傅里叶分析： 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：∑∞=++=1 0)sin cos (21)(n n n t n b t n a a t f ωω。 此方波为奇函数，它没有常数项。数学上可以证明此方波可表示为： )7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ ∑∞=--=1])12sin[()1 21( 4n t n n h ωπ 同样，对于三角波也可以表示为： )7sin 7 15sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ ∑∞=----=1212)12sin() 12(1)1(8n n t n n h ωπ。 （写出设计的整体思路构架，画出框图,说明各部分的主要作用.） 三、设计过程 由有源振荡器产生19.2MHz 信号经可编程逻辑器件EPM7128SLC84-7产生一个
300kHz的方波，再经3路分频器，最终输出50kHz、30kHz和10kHz的方波信号。四：测试数据 1、方波产生电路：
信波形合成实验电路 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020
信号波形合成实验电路（C 题） 内容介绍：该项目基于多个正弦波合成方波与三角波等非正弦周期信号的 电路。使用555电路构成基准的方波振荡信号，以74LS161实现前置分频形成10KHz 、30kHz 、50kHz 的方波信号，利用TLC04滤波器芯片获得其正弦基波分量，以TLC084实现各个信号的放大、衰减和加法功能，同时使用RC 移相电路实现信号的相位同步；使用二极管峰值包络检波电路获得正弦信号的幅度，以MSP430作为微控制器对正弦信号进行采样，并且采用段式液晶实时显示测量信号的幅度值。 1方案 题目分析 考虑到本设计课题需要用多个具有确定相位和幅度关系的正弦波合成非正弦周期信号，首选使用同一个信号源产生基本的方波振荡，使得后级的多个正弦波之间保持确定的相位关系。 在滤波器环节，为了生成10kHz 、30kHz 和50kHz 的正弦波，我们需要使用三个独立的滤波器，由于输入滤波器的是10kHz 、30kHz 和50kHz 的方波信号，所以可以使用带通滤波器或者低通滤波器，并且尽量维持一致的相位偏移。 从Fourier 信号分析理论看，合成 数学上可以证明此方波可表示为： )7sin 7 1 5sin 513sin 31(sin 4)( ++++= t t t t h t f ωωωωπ 三角波也可以表示为： )7sin 7 1 5sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ
TI杯模拟电子设计大赛 信号波形合成的设计与实现 参赛学校： 参赛队员： 指导老师：
摘要 生活中离不开信号，我们时时刻刻都在和信号打着交道，正弦波，方波这两种波是最基本的波形，我们通过设计方波的产生来更加深刻了解到信号的产生。 Abstract Life is inseparable from the signal, we all the time and signal name of dealings, sine wave, square wave are the two waves in the most basic waveform. Now we design a products to generate square wave signal to know the wave deeply . 一．设计思路 采用单片机430 来控制输出值的显示。基本的流程图如下所示：
又因为我们将方波傅利叶分解出得出如上的图，我们发现方波就是基波，三次谐波，五次谐波组成。 对三角波分解，如下图 从图中，我们知道三角波是三次谐波翻转180度，然后和基波与五次谐波相加所得，其中因
为别的谐波幅值不太，我们可以不做考虑。 二．方案论证 1、方波的产生方案论证和选择 方波是要设计的基础部分，下面产生的任何波形都是在这个波上产生的。 方案一：采用专用DDS芯片产生方波。优点：软件设计，控制方便，电路易实现。但是因为题目要求是“方波振荡器的信号经分频与滤波处理”，也就是说，软件控制不是题目想要的。 方案二：采用晶振来产生。用60M的晶振来产生方波，通过对60M的有源晶振分频来产生频率分别为10K Hz,30K Hz,50K Hz 的方波，但这样产生的分频电路过于复杂，不利于系统的搭建。 方案三：利用555产生出一定频率的方波。根据后面的要求，我们直接用555产生50K Hz 和60K Hz的方波 为了后面的设计，又因为555的技术已经很成熟了，选择方案三，使用555来直接产生方波。 2、分频与滤波 通过RC振荡来滤波，为了得到毛刺少的波，我们用三阶滤波。 3、移相电路设计方案论证和选择 方案一：由三相输入隔离变压器二次绕组接成12边形的移相电路t每相有3个绕组通过特殊的连接方法组成。其存在着如体积大移相变化率>5 等诸多缺点。 方案二：用运放和R,C 来调节翻转的角度。R ,C 电路在输入输出时会有90度的迟滞。 根据题目的要求，我们只要在0~90度可调与一个反向器就好。 4加法器的设计方案 根据题目要求，只要可调就好。 5.电源方案的选择与论证 方案一：采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到5V 和12V的稳压输出。只需使用两节电池，节省了电池，又减小了系统体积重量。但该电路供电电流沁，供电时间短，无法使用相对庞大的系统稳定运作。 方案二：采用三端稳压集成7805与7905分别得到5V和－5V的稳定电压。利用该方法方便简单，工作稳定可靠。 综上所述，选择方案二，采用三端集成稳压器电路7805和7905。 三．信号波形系统的组成： 1方波的产生的电路设计 方波是由555发生器，二极管，三极管以及电阻，电容组成。其原理图如图1，图2所示。
信号发生器 一、实验目的 1、掌握集成运算放大器的使用方法，加深对集成运算放大器工作原理的理解。 2、掌握用运算放大器构成波形发生器的设计方法。 3、掌握波形发生器电路调试和制作方法 。 二、设计任务 设计并制作一个波形发生电路，可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号。 三、具体要求 （1）可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号，波形人眼观察无失真。 （2）利用一个按钮，可以切换输出波形信号。。 （3）频率为1－2KHz 连续可调，波形幅度不作要求。 （4）可以自行设计并采用除集成运放外的其他设计方案 （5）正弦波发生器要求频率连续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路要保证电路不出现积分饱和失真。 四、设计思路 基本功能：首先采用RC 桥式正弦波振荡器产生正弦波，然后通过整形电路(比较器)将正弦波变换成方波，通过幅值控制和功率放大电路后由积分电路将方波变成三角波,最后通过切换开关可以同时输出三种信号。 五、具体电路设计方案 Ⅰ、RC 桥式正弦波振荡器 图1 图2 电路的振荡频率为：RC f π21 0= 将电阻12k ，62k 及电容100n ，22n ，4.4n 分别代入得频率调节范围为：24.7Hz~127.6Hz ，116.7Hz~603.2Hz ，583.7Hz~3015Hz 。因为低档的最高频率高于高档的最低频率，所以符合实验中频率连续可调的要求。 如左图1所示，正弦波振荡器采用RC 桥式振荡器产生频率可调的正弦信号。J 1a 、J 1b 、J 2a 、J 2b 为频率粗调，通过J 1 J 2 切换三组电容，改变频率倍率。R P1采用双联线性电位器50k ，便于频率细调，可获得所需要的输出频率。R P2 采用200k 的电位器，调整R P2可改变电路A f 大小，使得电路满足自激振荡条件，另外也可改变正弦波失真度，同时使正弦波趋于稳定。下图2为起振波形。
信号波形合成实验电路 小组成员：李于飞、耿红鹏、赵珑 摘要：本设计通过产生不同频率和幅值的正弦信号，并将这些信号合成为近似的方波和三角波，构成了信号波形合成实验电路。本系统主要由8个部分构成：由NE555构成的方波振荡电路；主要由集成计数器74LS90和作为D触发器的CD4013构成的分频电路；使用LM318构成的窄带通滤波电路；由双运放LM318构成的移相电路；加法器合成电路；三角波合成电路；使用AD637构成的真有效值检测电路；MSP430F149单片机控制液晶显示电路。在本设计中，方波振荡电路可产生300KHZ频率的方波，经过分频电路和隔直电容以后成为双极性方波。再经过滤波和放大以后得到了所需的各次谐波，其经过移相电路之后初相位相同，即可通过加法器合成为近似的方波和三角波。各次谐波有效值可检测并由单片机控制对幅度进行显示。系统工作稳定，基本达到了题目的所有要求。 关键字：方波振荡电路；分频；移相；真有效值；信号合成。 目录 一、系统方案……………………………………………………… 1.1方波发生电路方案………………………………………….…… 1.2分频电路设计方案………………………………………….......
1.3 滤波电路设计方案……………………………………………… 1.4移相电路设计方案..................................... 1.5 信号合成电路设计方案……………………………………….... 1.6信号检测和显示方案……………………………………… 二、理论分析与计算……………………………………… 2.1系统原理框图…………………………………… 2.2方波信号的合成与分解…………………………………... 2.3三角波信号合成……………………………………….. 2.4反相加法电路.......... ............................................. 三、总体方案的设计与实现………………………………………. 3.1 555振荡电路原理分析与计算........................................... 3.2 分频电路............................................................... 3.3方波——三角波变换电路............................................ 3.4三角波——正弦波变换电路........................................ 3.5移相电路.................................................................. 3.6比例运算和合成电路...................................................... 3.7AD转换和液晶显示.............................................. 四、实验测试及测试结果分析 4.1测试仪器............................. 4.2整机标准 ............................... 4.3合成电路结果.......................... 4.4测试结果和分析........................
题目方波信号合成电路的 摘要 本文根据傅里叶级数展开方法，将正弦波转换成为各频率的方波。首先，通过方波产生电路、分频电路、滤波电路获取所需频率的正弦波；再通过反相、调相、调幅电路得到需要的基波、3次谐波、5次谐波。最后将三路信号经加法电路将正弦波合称为方波。与其他方法相比具有成本廉价、可靠性高等优点。 关键词：波形合成器、傅里叶、方波、正弦波、滤波、调相、调幅。
目录 单元一：总体框图设计 (1) 单元二：方波振荡电路设计 (2) 单元三：方波振荡电路制作 (3) 单元四：分频器的设计与制作 (4) 单元五：滤波电路的制作 (5) 单元六：相位调整电路的制作 (6) 单元七：幅度调整电路的设计与制作 (7) 单元八：总调 (8) 单元九:参考文献 (9)
单元一：总体框图设计 一：项目总体方案分析 (1)总体方案图 基波：4KHZ 3次基波：12KHZ 5次基波：20KHZ (2)采用120khz方波分频： 二：方案分析 （1）方波产生电路 方案一：用555定时器构成多谐震荡器，占空比可调节（10%~90%），适合产生中低频。
方案二：用运放产生方波信号，若选用TLC083芯片，压摆率可达19V/us，带宽为10MHZ。可实现可调震荡。 经分析，本系统采用方案二。 （2）分频器 方案一：采用可编程逻辑控制器。 方案二：采用74LS161对120KHZ方波信号进行分频，可得占空比为50%的12KHZ、20KHZ信号，其电路简单，成本低。 经分析，本系统采用方案二。 （3）滤波电路 方案一：采用RC滤波，有源滤波电路。 方案二：TLC04芯片，四阶低通滤波。 经分析，本系统采用方案二。 （4）求和电路：用反向求和电路，不用同向求和电路。
波形产生电路实验报告 一、实验目得 1。通过实验掌握由集成运放构成得正弦波振荡电路得原理与设计方法; 2、通过实验掌握由集成运放构成得方波(矩形波)与三角波(锯齿波)振荡电路得原理与设计方法。 二、实验内容 １. 正弦振荡电路 ?实验电路图如下图所示,电源电压为±12V。 (1)缓慢调节电位器R W,观察电路输出波形得变化,解释所观察到得现象、 (2)仔细调节电位器R W,使电路输出较好得正弦波形,测出振荡频率与幅度以及相对应得R W之值,分析电路得振荡条件。 (3)将两个二极管断开,观察输出波形有什么变化。 ２、多谐振荡电路 (1)按图2 安装实验电路(电源电压为±12Ｖ)。观测V O1、V O2波形得幅度、周期(频率)以及V O1得上升时间与下降时间等参数。 (2)对电路略加修改,使之变成矩形波与锯齿波振荡电路,即V O1为矩形波,V O2为锯齿波、要求锯齿波得逆程(电压下降段)时间大约就是正程(电压上升段)时间得2０％ 左右、观测V O1、V O2得波形,记录它们得幅度、周期(频率)等参数、 ３.设计电路测量滞回比较器得电压传输特性。 三、预习计算与仿真 1、预习计算 (１)正弦振荡电路
由正反馈得反馈系数为: 由此可得RC 串并联选频网络得幅频特性与相频特性分别为 易知当时,与同相,满足自激振荡得相位条件。 若此时,则可以满足,电 路起振,振荡频率为 000 111 994.7Hz 1.005ms 2216k 10nF f T RC f ππ= ====?Ω?，、 若要满足自激振荡,需要满足在起振前略大于1,而,令,即满足条件得R ｗ应略大于10k Ω、 (2)多谐振荡电路 ?对电路得滞回部分,输出电压U O =±U Z =±6V ，U P =U O ×R 2R 2+R 1 +U O2× R 1R 2+R 1 ,当U P = U N =0V 时,可以得到U O2=±R 2R 1 ×U O =±3V 、 由U T = 1R 3C ×0.5T ×U O ?U T ,所以得到:T =4R 2R 4C R 1?=400us 、 ２。 仿真分析 (1)正弦振荡电路 仿真电路图: 仿真得到得测量数据总结如下(具体见仿真报告): (１)R W 为０时,无波形产生 (2)调节R W 恰好起振时 (3)调节R W 使输出电压幅值最大
信号波形合成实验电路（C 题） 摘要：该系统由方波振荡电路产生300k 方波，经三分频和十分频，同时得到10K,30K,50K 的方波。使用TI 公司的四阶开关电容低通滤波器TLC041D ，可同时产生几路正弦信号，再经移相和加法器合成方波信号或三角波，由单片机采样峰值进行液晶显示.整个系统简易实现，性价比高。 关键字：方波振荡器 开关电容滤波器TLC041D 移相器 峰值检测 液晶显示 1. 方案设计 1.1 总体方案与系统框图 题目要求从方波中提取基波和三次谐波，五次谐波，再合成方波，为实现题目要求，本系统的各个模块如图1所示。由施密特触发器构成方波振荡电路，由简单的门电路和触发器构成分频电路，使用通用运放组成滤波，放大，移相电路合成方波或三角波。 图1 1.2 理论分析及TI 芯片选用依据 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，如式（1-1）： ） （公式1) sin cos (21 )(1 0∑∞ =++=n n n t n b t n a a t f ωω 对于方波和三角波分别可以通过傅立叶展开，如式1-2，1-3所示： ）（公式2)7sin 71 5sin 513sin 31(sin 4)( ++++= t t t t h t f ωωωωπ ）（公式3)7sin 7 1 5sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+- = t t t t h t f ωωωωπ 结合题目要求，本系统主要需要以下器件： （1） 信号源施密特触发器CD40106产生300K 方波； （2） 300K 方波分别经分频器 得到50K ，30K ，10K 方波； （3） 滤波芯片TLC041，通用运算放大器OP 系列，以及电流监测芯片））
波形发生电路实验报告 班级 姓名 学号
一、实验目的 1. 掌握由集成运放构成的正弦波振荡电路的原理与设计方法。 2. 学习电压比较器的组成及电压传输特性的测试方法。 3. 掌握由集成运放构成的矩形波和三角波振荡电路的原理与设计方法。 二、实验内容 1. 正弦波发生电路 （1）实验参考电路见图1。 （2）缓慢调节电位器R W，观察电路输出波形的变化，完成以下测试： ①R W为0Ω 时的u O的波形； ②调整R W使电路刚好起振，记录u O的幅值、频率及R W的阻值； ③调整R W使输出为不失真的正弦波且幅值最大，记录u O幅值、频率及R W的阻值； ④将两个二极管断开，观察R W从小到大变化时输出波形的变化情况。 2. 方波- 三角波发生电路 （1）实验参考电路见图2。 （2）测试滞回比较电路的电压传输特性 将图2 电路的第一级改造为滞回比较电路，在输入端输入合适的测试信号，用示波器X-Y模式观测电压传输特性曲线并记录阈值电压和u O1的幅值。
（3）测量图2电路u O1、u O2波形的幅值、周期及u O1波形的上升和下降时间。 3．矩形波- 锯齿波发生电路 修改电路图2，使之成为矩形波- 锯齿波发生电路。要求锯齿波的逆程（电压下降）时间大约是正程时间的20%，记录u O1、u O2的幅值、周期。 三、实验要求 1. 实验课上搭建硬件电路，记录各项测试数据。 2. 完成正弦波电路的实验后在面包板上保留其电路，并使其输出电压U o在1-3V范围内连续可调。 四、预习计算 1．正弦波振荡电路 起振条件为|A|略大于3，刚起振时幅值较小，认为二极管还未导通，即R4+R W R2 +1略大于3，即R W略大于10kΩ时刚好起振，随着R W的增大，振幅会增大，当R W过大时波形会出现失真。 振荡频率由RC串并联选频网络决定，f0=1 2πR1C1 ≈106.1Hz 2．方波- 三角波发生电路 滞回比较器的阈值电压±U T=±R2 R1 U Z=±2.9V，测试滞回比较电路时将R2与运放A2的输出端断开，改接输入信号（三角波为宜）。 方波（u O1）的幅值为U Z=5.8V，三角波（u O2）的幅值为U T=2.9V。 U T=?1 4 (?U Z) T ?U T U T=R2 1 U Z 解得：T=4R2R4C R1 =0.4ms，即u O1和u O2的周期为0.4ms。 3．矩形波- 锯齿波发生电路 只需让电容充放电回路的时间常数不一样即可。电路原理图如下：
深圳大学实验报告课程名称：信号与系统 实验项目名称：信号的分解与合成实验 学院：信息工程工程学院 专业：电子信息工程 指导教师： 报告人：学号：班级： 实验时间：
实验报告提交时间： 教务处制
具体方法：基波与各高次谐波相位比较（李沙育频率测试法） 把BFP-1ω处的基波送入示波器的X 轴，再分别把BFP-31ω、BFP-51ω处的高次谐波送入Y 轴，示波器采用X-Y 方式显示，观察李沙育图。 当基波与三次谐波相位差为0o 、90o 、180o 时，波形分别如图所示。 以上是三次谐波与基波产生的典型的李沙育图，通过图形上下端及两旁的波峰个数，确定频率比。 五、 实验步骤与相应实验结果： 1、把电信号分解与合成模块插在主板上，用导线接通此模块“电源插入”和主板上的电源，并打开此模块的电源开关。 2、调节函数信号发生器，使其输出10KHz 左右的方波，占空比为50%，峰峰值为6V
左右，如图（2）所示。将其接至该实验模块的“输入端”，用示波器观察各次谐波的输出即各次谐波，分别如图（3）、图（4）、图（5）、图（6）所示。 图（2）输出方波信号 图（3）基次谐波图（4）三次谐波 图（5）五次谐波图（6）七次谐波
3、信号的分解实验提供两种方式即分立元件模拟方式和数字方式。该实验采用数字方式。数字方式采用单片机输出各次谐波分量的采样值，然后经过DA转换出各次谐波，基波幅度已经固定，只需调节其他谐波的幅度，操作比较方便。数字方式需要同时打开电源开关S1、S2。 4、用示波器的两个探头，直接观察基波和三次谐波的相位关系，或者采用李沙育图的方法，看其相位差是否为180，同时考察其幅度关系，幅度之比是否为3：1. 采用李沙育图观察基波和三次谐波的相位关系如图（7），可知道其相位为180. 图（7） 从示波器中观察基波和三次谐波的峰峰值之比，可知其幅度比为3：1，如图（8）所示
2010年全国大学生电子设计与创新大赛 ——信号波形合成实验电路 (C题) 参赛学校：武汉理工大学华夏学院 院系：信息工程系 专业班级：电信 07 级 参赛队员： 赛前指导教师： 2010年8月
摘要： 基于电路设计的要求，信号波形合成器的电路主要由方波振荡电路、分频和滤波电路、移相电路、加法器电路模块等电路模块组成。本次信号波形合成器是基于傅里叶变换的原理设计的，选择了MAX038集成函数信号发生器，实现基准信号的产生，电路结构简单，效率快、精度高；采用TI公司的MSP430F149单片机的定时计数器完成分频功能，搭建有源RC移相电路实现移相功能，最后利用运算加法器完成信号的合成。该系统电路简单，目的明确，具有很好的实用性。 关键词：方波振荡电路 MSP430F149 移相电路加法器电路 Abstract： Based on the circuit design requirements, signal waveform synthesis of circuit consists mainly of pulse oscillator circuit, frequency and phase filter circuits, circuit and adder circuits module circuit signal waveform synthesis is based on Fourier transform principle of design, chose MAX038 integrated function signal generator, realize the benchmark signals, such as simple structure, high precision and efficiency, The company adopts the MSP430F149 TI single-chip function complete timing counter frequency, phase shifting active RC circuit implementation phase function, and finally the computational adder complete synthesis of signal. The simple circuit system, purpose, have very good practicability.
一、实验目的 （1）熟悉555型集成时基电路结构、工作原理及其特点。 （2）掌握555型集成时基电路的基本应用。 （3）掌握由555集成型时基电路组成的占空比可调的方波信号发生器。 二、实验基本原理 555电路的工作原理 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。 555芯片管脚介绍 555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2(A)所示，按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。
用555定时器组成的多谐振荡器如图所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc 升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T 导通，此时电容C2通过R1放电，Vc 下降。当Vc 下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为 2ln 12??=C R t pL ( 1-1) 当放电结束时，T 截止，Vcc 将通过R1，R2，R3向电容器C2充电，Vc 由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的时间为 22)321(7.02ln )321(C R R R C R R R t pH ++=++= (1-2) 当Vc 上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其中的震荡频率为 ： f=1/（tpL+tpH ）=1.43/(2R1+R2+R3) C2 (1-3) 三、实验设计目标 波形发生器是建立在模拟电子技术基础上的一个设计性实验，它是借助综合测试板上的555芯片和一片通用四运放324芯片，以及各种电阻、电感、电容等基本元器件，从而设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路，其借助于计算机软件multisim 仿真以及电路板硬件调
全国大学生电子设计竞赛 2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛设计报告 题目：信号波形合成实验电路（C题） 学校：武汉大学 指导老师： 参赛队员姓名： 日期：2010年08月24日
2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题 信号波形合成实验电路（C题） 一、课题的任务和要求 课题任务是对一个特定频率的方波进行变换产生多个不同频率的正弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波和近似三角波。 课题要求是首先设计制作一个特定频率的方波发生器，并在这个方波上进行必要的信号转换，分别产生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后的目标信号为10KHz近似方波和近似三角波。另外设计一个正弦信号幅度测量电路，以测量出产生的10KHz、30KHz和50KHz正弦波的的幅度值。 课题还给出了参考的实现方法，见下图。 图1 电路示意图 图1 课题参考实现方案 二、实现方案的分析 1．基本方波发生器方案的分析 方波的产生方法很多，如用运算放大器非线性产生、用反向器及触发器产生、也可用模数混合时基电路ICL7555产生等。本例采用第一种方案，最符合题意要求。 2．波形变换电路方案的分析 从某方波中提取特定频率的正弦波方案很多，如用窄带滤波器直接从方波中提取所需的基波或谐波；用锁相方法进行分频或倍频产生所需频率；用数字分频方案，从较高频率的方波或矩形波中通过分频获得所需频率方波并进行变换获得正弦波。本课题采用第三种方案。 3．移相方案分析 在方波——正弦波转换中，难免会产生附加相移，通过移相来抵消附加相依，以便信号合成时重新实现同步。根据微分电路实现相位超前、积分电路实现相位滞后的理论，因此，采用微伏和积分来实现移相。 4．信号合成方案分析 方波信号经过波形变换和移相后，其输出幅度将有不同程度的衰减，合成前需要将各成分的信号幅度调整到规定比例，才能合成为新的合成信号。本课题采用反向比利运算电路实
毕业设计（论文） 方波信号波形合成电路 专业年级 2007电子信息工程 学号 20072321 姓名周兴平 指导教师张秀平 评阅人 2011年6月 中国常州
河海大学 本科毕业设计（论文）任务书 （理工科类） Ⅰ、毕业设计（论文）题目： 方波信号波形合成电路 Ⅱ、毕业设计（论文）工作内容（从综合运用知识、研究方案的设计、研究方法和手段的运用、应用文献资料、数据分析处理、图纸质量、技术或观点创新等方面详细说明）：设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波。电路示意图如图所示。 基本要求：1、方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz和30kHz的正弦波信号，这2种信号应具有确定的相位关系； 2、产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V； 3、制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kHz和30kHz 的正弦波信号作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V。 4、再产生50KHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波形更接近于方波； 5、设计制作一个能对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测量误差不大于正负5%。 6、总结毕业设计内容，撰写毕业设计论文。
Ⅲ、进度安排： 第一阶段（10年下13周——15周）：搜集相关资料，复习掌握相关的理论知识。第二阶段（16周——20周）：方波产生电路设计、调试。 第三阶段（11年上1周——8周）：谐波产生电路设计、调试，方波合成。 第四阶段（9周——13周）：正弦波幅度测量和显示电路设计。 第五阶段（14周——）：撰写毕业设计论文，答辩。 Ⅳ、主要参考资料： [1]、郑君里等《信号与系统》（上）[M].高等教育出版社，2005. [2]、康华光.《电子技术基础》（模拟部分）[M].高等教育出版社,2003. [3]、胡汉才.《单片机原理及系统设计》.清华大学出版社，2002. [4]、https://www.doczj.com/doc/682843892.html,. 指导教师：张秀平，2010 年11 月28 日学生姓名：周兴平，专业年级：07级电子信息工程系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）： 系负责人签字：，2010 年12 月8 日
DAC0832波形发生器课程设计实验报告 目录 第1章系统设计方案 (2) 1.1 设计思路 (2) 1.2 方案比较与选择 (2) 第2章系统硬件设计..................................................................................2. 2.1 主控制器电路 (2) 2.2 数模转换电路 (3) 第3章系统软件设计................................................................................ .6 3.1 系统整体流程...................................................................................... .6 3.2 数模转换程序...................................................................................... .6 第4章系统调试 (8) 4.1 proteus的调试 (8) 第5章结论与总结 (11) 5.1 结论 (11) （系统总体设计与完成做一个总结，是客观的，主要包括：设计思路，设计过程，测试结果及完善改进的方向。） 5.2 总结 (11) （这是一个主观的总结，谈谈自己收获和不足等方面的内容。） 第1章系统设计方案 1.1 设计思路 （一）、课设需要各个波形的基本输出。如输出矩形波、锯齿波，正弦波。这些波形的实现的具体步骤：正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。然而为了实现100HZ的频率，终于发现，将总时间除了总步数，根据每步执行时间，算出延时时间，最终达到要求，然后建一个表通过查表来进行输出，这样主要工作任务就落到了建表的过程中。这样做的好处在于，查表所耗费的时钟周期相同，这样输出的点与点之间的距离就相等了，输出的波形行将更趋于完美，当然更让我们感到的高兴的是它输出波形的频率将近达到了100赫兹，能够满足我们设计的扩展要求了。