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信号波形合成实验电路+电路图信号波形合成实验电路+电路图第一章技术指标1 系统功能要求2 系统结构要求第二章整体方案设计1 方案设计2 整体方案第三章单元电路设计1 方波振荡器2 分频电路设计3 滤波电路设计4 移相电路设计5加法电路设计6整体电路图第四章测试与调整1 分频电路调测2 滤波电路调测3 移相电路调测4加法电路调测5整体指标测试第五章设计小结1 设计任务完成情况2 问题与改进3 心得体会第一章技术指标1 系统功能要求1.1 基本要求(1)方波振荡器的信号经分频滤波处理，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；(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10kH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，合成波形的形状如图1所示。
图1 利用基波和3次谐波合成的近似方波1.2 发挥部分再产生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。
2 系统结构要求2.1 方波振荡器：产生一个合适频率的方波，本实验中选择6MHz；2.2 分频器：将6MHz方波分频出10kHz、30kHz和50kHz的方波；2.3 滤波器：设计中心频率为10kHz、30kHz、50kHz三个滤波电路，产生相应频率的正弦波；2.4 移相器：调节三路正弦信号的相位；2.5 加法器：将10kHz、30kHz和50kHz三路波形通过加法电路合成，最终波形如图2。
2.6该系统整体结构如图3图2 基波、三次谐波和五次谐波合成的方波图3 电路示意图第二章整体方案设计1 方案设计1.1理论分析周期性函数的傅里叶分解就是将周期性函数展开成直流分量、基波和所有n阶谐波的迭加。
数学上可以证明方波可表示为：（1）其中A=4h/ ，h为方波信号峰值。
已知基波峰峰值要求为6V，故A=3 ，所以3次谐波对应的幅值为1V，5次谐波对应的幅值为0.6V。
摘要：信号波形合成实验电路主要由120KHz的方波发生电路、分频电路、滤波电路、调理电路、加法电路等模块组成。
120KHz的方波信号通过30分频、10分频、6分频产生4KHz、12KHz、20KHz的方波信号。
经滤波电路和调理电路得到正弦波信号，通过加法电路将信号合成近似方波信号。
关键词：信号波形合成；30分频；10分频；6分频一、方案比较与论证（一）、项目总体方案分析（二）1．方波信号产生电路方案一：用555定时器接成的多谐振荡器，能使产生的方波占空比可调，即高电平持续时间与低电平持续时间的比值可调；占空比10％～90％。
产生频率约为1.5KHZ的矩形波，矩形的电压峰峰值为电源电压+5V。
该频率难达到150KHz。
方案二：用TLC083芯片，它是一种迟滞比较器，具有开环特性，压摆率可达到19V/us,带宽10MHz。
通过以上比较分析，我们选用方案二。
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的方波信号进行分频可得占空比为50%的12K.20KHZ的信号，它的电路构成比较简单，成本较低3．滤波电路方案一：采用RC滤波电路，由于电阻R与频率变化无关，RC低通滤波器在器件选材方面要简单，但不适合大功率输出，仅可作为弱信号处理与微小功率应用。
方案二：采用TLC04芯片，四阶低通滤波器。
TLC04的截止频率的稳定性只与时钟频率稳定性相关，截止频率时钟可调，其时钟一截止频率比为50：1，因而设计截止频率为1/1.69×RF1×CF1×50=251.8Hz，满足了振动时效和振动焊接工艺的要求。
通过以上方案比较，我们选用方案二。
4．调整电路方案一：同相比例运算电路，它是深度电压串联负反馈电路，调节反馈电阻和反相输入电阻比值可调节比例系数，且比例系数大于或等于一方案二：反相比例运算电路，它是深度电压并联负反馈电路，可作为反相放大器，调节反馈电阻和反相输入电阻比值即可调节比例系数，比例系数既可大于一也可小于一，但它不可去处直流分量方案三：在反相比例运算电路的基础上将反相比例运算电路的正向输入端电阻改成可调电阻，并在可调电阻的另两端接上+、-5V 。
信号波形合成实验电路摘要：本文介绍了一个信号波形合成的电路方案。
该电路能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三角波。
该电路用运放构成的迟滞比较器并结合RC震荡电路产生了方波，产生的方波再经滤波电路进行分频产生出不同频率的正弦波，这些不同频率的正弦波经移相电路形成不同相位的正弦波，再经由运放构成的加法器电路最终产生合成信号。
此外，该电路还以LM3s811为主控制器对产生的信号的幅度和频率进行测量和数字显示。
所有指标都达到题目要求。
关键词：方波电路分频与滤波移相电路加法器电路Abstract：This article describes a signal waveform synthesis circuit scheme. The circuit can produce several different frequency sinusoidal signal, and these signals and then to an approximate square wave synthesis and other signals. The circuit amplifier consisting of comparator with hysteresis RC oscillation circuit produced a square wave, square wave generated by the filter circuit for frequency division produces different frequency sine wave, these different frequency sine wave and then via the formation phase-shift circuit different phase sine wave, then through the amplifier consisting of Adder the resulting composite signal. In addition, this circuit is also the main controller LM3s811 circuit on the amplitude of the signal measurement and digital display. All indicators have reached the required title.Key words:：The shock wave circuit, frequency division and filtration, phase-shifting circuit, adder circuit一、作品简介根据题目要求，此波形发生器的设计主要包括四个部分：方波振荡电路、分频与滤波电路、移相电路、加法器电路。
信号波形合成实验电路（C题）参赛队学校：武汉工业职业技术学院参赛队号： 327001参赛队员：吴思超周杰何远健信号波形合成实验电路（C题）摘要：随着电子技术的发展，电子系统对信号波形的合成要求更高。
本信号波形合成实验电路由555多谐振荡电路输出一个方波，然后对方波信号进行分频和滤波分别得到10kHz、30kHz、和50kHz频率的正弦波信号，最后经过信号放大移相电路和信号加法合成电路得到一个近似的方波和三角波，用单片机控制模块控制经AD转换输出正弦信号的幅值、经LCD液晶数字的显示幅值以及键盘输入的选频电路。
本系统具有结构紧凑，电路简单，涉及的知识范围广、功能强大、可扩展性强等优点。
关键字:555振荡信号；滤波分频；移相；加法合成一．系统方案1．方案论证与选择（1）方波发生电路方案方案一：采用分立元件实现非稳态的多谐振振荡器，然后根据需要加入积分电路等构成正弦、矩形、三角等波形发生器。
这种信号发生器输出频率范围窄，而且电路参数设定较繁琐，其频率大小的测量往往需要通过硬件电路的切换来实现，操作不方便。
方案二：采用555振荡电路或函数信号发生器ICL8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。
不用依靠单片机，用滑动变阻器调节频率，电路简单。
其缺点是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，所以要有滤波电路。
根据题意，本系统需要一个300kHz的方波，所以选择方案二，用555振荡电路产生一个方波。
（2）滤波方案方案一：采用实时DSP数字滤波技术，数字信号灵活性大，可以在不增加硬件成本的基础上对信号进行有效的滤波，但要进行滤波，需要A/D、D/A既有较高的转换速率，处理器具有较高的运算速度，成本高。
方案二：以集成运放为核心的有源滤波电路，结构简单，所需元件少，成本低，且电路输入阻抗高、输出阻抗低，并有专门的设计软件。
所以根据实际情况，选择方案二作为系统的滤波方案。
（3）幅值检测与显示方案通过单片机系统的键盘输入控制选频，选择检测信号的输入，通过TLC549将采集的模拟信号转化为数字信号幅值，从而通过液晶显示器显示出来。
信号波形发生与合成实验报告电子电路综合实验实验报告题目：信号波形发生与合成班级：20130821学号：2013082117姓名：肖珩成绩：日期：2015年3月17日一、摘要实验采用纯硬件电路设计形式完成实验任务，实现实验功能。
首先用带限幅器滞回比较器和RC充放电回路构成的方波发生电路产生频率为1KHZ的方波信号。
作为一个信号源，需要低阻抗输出，因此在方波发生器之后连接一个射随电路。
信号经两路不同频率有源滤波处理，同时产生频率为1kHz和3kHz的正弦波信号。
其中基波产生采用低通滤波器，三次谐波产生采用带通滤波器。
为了将基波和三次谐波叠加之后最终恢复出近似方波信号，因此需要根据滤波分频电路输出的基波和三次谐波的延时，设计移相电路，其设计采用全通滤波器原理。
最后运用反相加法器将基波和三次谐波信号叠加，从而完成设计要求。
实现功能：设计一个电路，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信号。
方案特点：电路为纯硬件电路，采用运算放大器TL081，原理图简单易懂，硬件调试容易，部分实现功能明确且输出可测，有助于电路问题检测。
二、设计任务2.1 设计选题选题十四：信号波形发生与合成2.2 设计任务要求图1系统框图1）矩形波发生电路产生1kHz的方波（50%占空比），频率误差小于5%，方波波形幅度峰峰值为10V，幅度误差小于5%，且输出阻抗r=50 Ω;o2）基波频率为1kHz，设计的低通滤波器要求-3dB带宽为1kHz，带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值为12V，幅度误差小于5%；3）三次谐波频率为3kHz，设计的带通滤波器要求中心频率为3kHz，-3dB带宽小于500Hz，带外衰减≥-40dB/十倍频程下降，产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值为4V，幅度误差小于5%；4）设计移相电路，完成对基波正弦信号的移相，使移相后的基波和三次谐波的波形如图2所示，要求移相电路的增益为1，增益误差≤5%；图2 移相后的基波和三次谐波波形5）设计加法器，将移相器输出的基波与三次谐波相加，合成近似正弦波，波形幅度峰峰值为10V，误差不大于0.5V，合成波形的形状如图3所示。
课程设计报告设计课题：信号波形合成实验专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：目录一、课程设计目的 (1)二、课程设计题目描述和要求 (1)1．基本要求 (1)2．发挥部分 (2)三、系统分析与设计 (2)1、方案设计 (2)方波振荡部分 (2)分频部分 (2)滤波部分 (2)移相、放大部分 (3)波形合成部分 (3)2、硬件实现 (3)方波振荡器 (3)分频器 (4)滤波器 (5)移向、放大器 (5)波形合成器 (6)四、系统调试过程中出现的主要问题 (7)五、系统运行报告与结论 (7)六、总结 (9)七、参考书目 (9)八、附录 (10)信号波形合成实验一、课程设计目的设计制作一个电路，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。
电路示意图如图1所示：图1 电路示意图二、课程设计题目描述和要求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；（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，合成波形的形状如图2所示。
图2 利用基波和3次谐波合成的近似方波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；（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；（3）其他。
三、系统分析与设计1、方案设计方波振荡部分方波振荡电路采用555定时器组成多谐振荡器，调节至300kHz 左右方波，由于之后的分频电路具有调节占空比功能，所以方波产生电路暂时不需要调节占空比。
分频部分分频部分实现将产生的方波通过分频产生10kHz 、30kHz 和50kHz 的新的方波。
简易波形合成电路的设计与实现李灿，王成跃，杨卫南京医科大学生物医学工程系,南京210029摘要本文主要设计一个能够合成指定波形的信号波形发生电路，该电路基于傅里叶合成，能够产生不同频率的正弦信号，将这些信号处理后送入加法电路可合成所需信号，主要由方波产生模块产生方波，分频与滤波模块对所得方波分频并滤成正弦波，放大模块对所得正弦波幅值进行放大，移相模块调整各频率正弦波相位，信号合成模块合成所需波形。
关键词：波形合成；分频滤波；移相The Design and Implementation of Simple Waveform Synthesis Circuit Li Can, WangChengyue, Yang Wei,Zhu Songsheng,Wang Wei*Department ofBiomedical Engineering, NanjingMedicalUniversity,Nanjing210029,China Abstract This paper mainly designs a signal waveform generating circuit that can synthesize designated waveform.Based on Fourier, it can produce various frequency sine signals. After processing, these sine signals can be synthesized designatedsignal through addition circuit. Among the circuit,the square wavegenerating module produces square-wave, and thesquare-wave is divided frequency and filtered into sine wave though frequency separating and filtering modules. After that, the amplifier module magnify the amplitude of the sine wave obtained. Then p hase shifting module adjusts the amplification of each frequency sine wave. Finally the signal waveform synthesis module synthesizes designated waveform with processed sine waves. Keywords waveform synthesis,frequency separating and filtering, phase shifting filter display1引言在电子测仪器中．信号发生器有着非常重要的地位。
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
由以上的数学分析可知，保持各个正弦波之间的相位和幅度的准确关系是准确合成方波和三角波的关键，为此，需要为各个频率的正弦波设计移相电路和放大电路以调节大小和相位关系。
在正弦波幅度测量与显示部分中，需要使用MCU采集并处理信息，使用液晶显示数值。
系统结构
系统结构如图1所示，使用同一个方波发生器作为基准，以便实现相位同步；为补偿在分频器和滤波器中出现的相位偏移，需要后级进行相位和幅度校准。
图1 总体原理框图
方案选择
方波发生器
方案一：使用晶振。
晶振产生的方波频率精确，但一般晶振频率较高，而且不能调节，对后级分频电路的要求比较高。
方案二：采用NE555。
N555产生的方波震荡电路比较稳定，而且频率、占空比均可调。
因此选用方案二。
分频器
方案一：采用CPLD。
对CPLD编程固然可以，但是成本太高，性价比较低。
方案二：使用74LS161计数器。
74LS161是一种高性能、低功耗CMOS4位同步二进制加计数器，分频出来的信号比较稳定。
因此选用方案二。
滤波器
方案一：使用LC滤波器构建带通滤波器或者使用RC构建低通滤波器。
方案二：使用TLC04集成四阶巴特沃兹滤波器。
TLC04滤波器有以下两种接法。
一是使用外接接时钟信号，二是直接用RC构成自激振荡作为时钟信号，而且电位器可调，可以调整波形。
由于滤波器截止频率较低，使用LC滤波器比较困难，而普通的一阶RC滤波器过渡带过于平坦，滤波效果较差，在比较了多种滤波器设计方法之后，我们选定了TI的TLC04芯片作为滤波器。
正弦波幅值检测电路
方案一：二极管峰值包络检波器。
方案二：基于运放的RC峰值检测。
两种方案相比较，二极管峰值包络检波器电路较为简单，频率范围宽。
因此选用方案一。
2分析计算 公式推导
555的振荡频率计算公式：
2
1122212111)R (7.0)(7.0t t f c R R t c
R R R t w w w w +=
++=++=右左 考虑到555需要产生150kHz 的方波信号，我们选用了如图2电路，选用元器件参数为：定值电阻Ω100，变阻器1k Ω，电容，构成占空比和频率均可调的方波振荡电路。
分频器的分频计算公式：
3
1505051503010
15010kHz
kHz kHz kHz kHz kHz =
=
=
滤波器的基本参数计算公式：
RC
f V V V V V V V V RC f clock CC T T T CC T cc clock 69.1110)]
)(ln[(1
=
=--⨯=
-+
+-
滤波器参数说明
根据TLC 元器件手册给定的指标，（截止频率与元器件参数公式），三个滤波器选用电路图 ，其RC 参数分别为：
10kHz 方波：R 为10k 变位器，C 为200p 电容 30kHz 方波：R 为10k 变位器，C 为50p 电容
50kHz 方波：R 为10k 变位器，C 为15p 电容
波形合成计算公式： 方波合成公式：
)5sin 5
1
3sin 31(sin 4)(t t t h t f ωωωπ++=
三角波合成公式：
)5sin 513sin 31(sin 8)(2
22t t t h t f ωωωπ+-=
根据题目要求和上述公式，在方波合成中我们选择的信号幅度分别为6V 、2V 和，三个信号起始同相；在三角波合成中我们选择的信号幅度分别为6V 、和，并且30kHz 正弦波与10kHz 正弦波起始相位相反。
关键电路分析
0¡ 5 Vrms
50kHz
0°
图2
方波振荡
图3
5分频
U1A
TL022CD
3
2
4
8
1
U2A
TL022CD
3
2
4
8
1
R1
10k¦¸
R2
10kΩ
R3
10k¦¸
R5
10kΩ
R6
10kΩ
R7
10k¦¸
R4
50kΩ
Key=A100%
C1
6nF
C2
22nF
3
2
71
4
6
VCC
15V
VCC
VCC
15V
VCC
XFG1XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_+_ 8
5
图2-图6是关键电路的电路图，图2是采用555构成的方波振荡电路，图3是用74LS161构成的5分频电路，图4是10kHz正弦波与30kHz正弦波的叠加电路，图5是电压放大电路，图6是有源移相电路。
3电路设计
设计仿真、指标分析
图6 移相电路
图7 方波输出图8 5分频仿真
图9 移相结果
图7-图12是multisim 仿真软件的仿真结果，图7是用555定时器产生的方波电路，图8是用74LS161计数器产生的30kHz 的方波信号，图9是采用有源移相。
图10-图12,是合成方波和正弦波信号。
图10 10kHz 和30kHz
图12 三角波输出结果
图11 10kHz
、30kHz 和
4程序设计
软件功能结构
5测试方案
测量方法
本系统能够自行产生150kHz的基准方波信号，故不需要外接信号源作为基准；同时，本系统的低通滤波器使用了RC自振荡信号作为基准频率，不需要外接时钟信号。
在信号测量部分中，MSP430单片机实用晶振作为基准时钟，自带A/D进行信号采样。
测量点选择
为更好的进行系统调试与测试，本系统在以下位置留有测试点：
1、波器输出端，用以测试滤波器幅频特性和相频特性。
2、移相器输出端，用以测试移相器性能并测试信号幅度。
3、信号合成加法器端，用以测试合成方波与三角波的幅度、相位与失真。
6测试结果
图13 方波合成波形图图14 三角波合成波形图
图15 三个频率的方波合成波形图16 数字显示图
7总结展望
经过六天的电路设计、焊接调试、程序设计联调，最终完成了整个规定的设计过程。
从最终的结果看，达到了预期的要求，主要包括：
1．10kHz、30kHz、50kHz正弦波的生成，无明显失真，幅度达到规定的要求。
2.将多个正弦信号合成非正弦的周期信号，完成了方波与三角波的合成，波形基本没有失真，相位稳定。
3.设计并制作了正弦波幅度测量电路，并且能够实时显示电压大小，误差符合设计要求。
由于时间限制，也有部分设想没有完成，在以后可以继续进行补充与完善，主要包括：
4. 使用A/D转换采样正弦波信号，使用MSP430进行分析，计算信号频率并实时显示。
5. 使用锁相环稳定各个正弦波的相位，尽量减小相位误差。
