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........................
五、总结
一．系统方案
1.1 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，相位也不一致，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。波形的频率可以通过调节555定时器电路的外接滑动变阻器来进行调节。该电路具有成本低廉，频率可调，电路灵活方便，结构简单，低功耗，输入阻抗高，上升沿陡等的特点，不用依靠单片机。根据题意，本系统需要一个300kHz的方波，所以选择方案二，可满足要求。
方案三：由UA741集成运算放大器构成的方波信号发生器具有结构简单,调试方便，但它产生方波信号的可靠性差，易失真，稳定性差。
1.2 分频电路设计方案
方案一：利用数字电路设计分频电路。通过计数器计数来实现，由待分频的时钟边沿触发集成计数器计数，当计数器到规定值时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，使得下一个时钟从零开始计数。以此循环下去。这种方法可以实现任意的整数分频电路，根据题意，选择方案一作为系统的分频方案。
方案二：使用编程方法实现分频电路。其原理与利用集成计数器相同，实现起来也十分简单，但分频得到的时钟可能会出现毛刺或不稳定的因素，适用于时钟要求不高的基本设计，且对于整数分频可以很容易地用计数器来实现，故不采用此方案。
1.3 滤波电路设计方案
由分频电路产生的单极性方波需要经过窄带通滤波电路形成正弦波。其带通的范围很窄，要与各次谐波的频率接近。
方案一：使用由LC网络组成的无源高阶巴特沃斯滤波器。其通带内相应最为平坦，衰减特性和相位特性都很好，对器件的要求也不高。但其在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点。
方案二：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。
