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信号波形合成实验电路设计_________________________________________ ____________________________________设计报告信号波形合成实验电路2016-1-17设计报告信号波形合成实验电路摘要：利用NE555产生10kHz的基准方波信号，用CPLD EPM1270对方波信号进行分频，分别产生10KHZ,30KHz,50KHz的方波信号，以及500KHz，1.5MHz的时钟信号（用于巴特沃斯低通滤波器的时钟信号），并完成数据转换控制及LCD显示驱动；用TI的TLC04ID四阶巴特沃斯低通滤波器对10KHz,30KHz方波进行低通滤波，产生相应的正弦波信号，而50KHz的正弦波信号，用二阶有源带通滤波器对50KHz的方波进行处理来获得；采用有源RC网络对正弦波进行移相，调整电阻R可实现对10KHZ，30KHz，50KHz的正弦波信号约101度范围的移相；采用运放求和电路对10KHZ，30KHz，50KHz的正弦波信号进行相加，实现近似方波、三角波的合成。
另外，用AD563将正弦交流电压转换成直流电压，用TI的ADC TLC549进行电压幅度检测，测量误差在5%以内。
完成了该题目的基本要求和发挥部分的全部内容。
共用TI公司五种IC。
关键词：波形合成滤波器移相网络电压测量一、系统方案论证根据题目要求，设计制作一个电路，将产生的频率为6MHz方波信号，经分频滤波后得到10KHz、30KHz、50KHz频率的正弦信号，然后将这些信号再合成为近似方波信号和近似三角波信号，并制作数字显示电表，检测并显示各正弦波信号的幅值。
1．方波振荡器方案比较方案1：555电路产生方波信号方案2：运放电路产生方波信号方案3：用门电路及石英晶体产生方波信号。
其中，方案1、2所产生的方波信号频率不高，频率稳定性较差，而方案3产生的方波信号频率稳定度高，也可产生较高频率（MHz以上）信号，故采用方案3产生方波信号。
如何使用MATLAB进行波形合成与合成技术解析波形合成是一种重要的信号处理技术，可以将不同频率和振幅的波形信号进行合并，产生出新的复杂信号。
MATLAB作为一款强大的数学计算软件，具备丰富的信号处理功能，能够方便地进行波形合成和合成技术的解析。
本文将介绍如何使用MATLAB进行波形合成，并对合成技术进行详细的解析。
一、波形合成基础波形合成的基础是正弦函数的叠加。
在MATLAB中，我们可以通过sin()函数生成正弦函数。
以一个简单的例子来说明：```Matlabt = 0:0.01:1; % 生成时间序列，从0到1，间隔为0.01f1 = 1; % 正弦波1的频率为1Hzf2 = 2; % 正弦波2的频率为2Hzy1 = sin(2*pi*f1*t);y2 = sin(2*pi*f2*t);y = y1 + y2; % 将两个正弦波叠加```在上述代码中，我们先生成了一个时间序列t，然后创建两个频率分别为1Hz 和2Hz的正弦波，分别保存在y1和y2中。
最后通过加法将两个正弦波叠加在一起，得到了一个合成波形y。
二、波形合成的实际应用波形合成在许多领域中都有广泛的应用，例如音频合成、图像处理等。
在音频合成中，可以利用波形合成技术生成各种音乐乐器的声音，使其更加逼真。
我们以合成钢琴音为例：```Matlabfs = 44100; % 设置采样率为44100Hzt = 0:1/fs:1; % 生成时间序列，从0到1，间隔为1/fsduration = 1; % 音符持续时间为1秒notes = [2, 4, 5, 7, 9, 11, 12]; % 钢琴琴键对应的音符编号y = zeros(size(t)); % 创建一个空的波形数组for note = notesf = 440 * 2^((note-49)/12); % 计算当前音符对应的频率y = y + sin(2*pi*f*t); % 将当前音符的正弦波叠加到波形中endsoundsc(y, fs); % 播放合成的音频```在上述代码中，我们首先设置了采样率为44100Hz，然后生成了一个时间序列t。
信号波形合成设计信号波形合成的基本原理是将多个基础信号波形按照一定的规则进行叠加或混合，生成一个复合波形。
通常，基础信号波形可以是正弦波、方波、锯齿波等。
通过改变基础信号波形的频率、幅度、相位等参数，可以合成出各种不同的复合波形。
1.加法合成法：将多个基础信号波形相加，得到复合波形。
这种方法简单直接，可以通过调整每个基础信号波形的振幅和相位来实现波形合成。
2.乘法合成法：将多个基础信号波形进行逐点相乘，得到复合波形。
这种方法可以用于产生调幅信号和调制信号。
3.快速傅里叶变换（FFT）合成法：将基础信号波形通过快速傅里叶变换转换为频域信号，然后对频域信号进行加权合成，最后通过逆傅里叶变换将频域信号转换回时域信号。
这种方法可以用于合成复杂的信号波形，但是需要进行频域和时域之间的转换计算。
4.波形表合成法：提前计算好各种基础信号波形的数学表达式，并将计算结果存储在波形表中。
在合成时，通过读取波形表中的数值，并按照一定的插值算法进行插值计算，得到复合波形。
这种方法可以高效地实现波形合成，但是需要提前计算并存储大量的波形表。
信号波形合成在很多领域中都有广泛应用。
例如，在音频合成中，可以使用信号波形合成技术合成各种乐器的声音。
在图像合成中，可以使用信号波形合成技术合成各种图案和纹理。
在视频合成中，可以使用信号波形合成技术合成各种特效和动态效果。
总结起来，信号波形合成是一种将多个信号波形合并为一个复合波形的技术，通过改变基础信号波形的参数，可以合成出各种不同的复合波形。
信号波形合成的实现方法有加法合成法、乘法合成法、FFT合成法和波形表合成法等。
信号波形合成在音频合成、图像合成、视频合成等领域中有着广泛的应用。
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。
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。
Matlab中的波形生成和合成技术介绍引言：波形生成和合成技术在现代信号处理领域占据着重要的地位，它们在音频、通信、雷达、图像处理等领域中得到广泛应用。
Matlab作为一种强大的数值计算软件，提供了丰富的工具和函数，使得波形生成和合成变得更加简便和高效。
本文将带您了解Matlab中的波形生成和合成技术，包括信号函数生成、波形叠加合成和波形调制等内容。
一、信号函数生成：在Matlab中，我们可以使用各种函数生成不同类型的信号波形。
常见的信号函数有正弦函数、方波函数、脉冲函数等。
以正弦函数为例，我们可以使用以下代码生成正弦波形：```matlabt = 0:0.001:1; % 时间范围为0到1秒，采样间隔为0.001秒f = 200; % 信号频率为200Hzy = sin(2*pi*f*t); % 生成正弦波形% 绘制波形图plot(t, y);xlabel('时间（秒）');ylabel('幅度');title('正弦波形');```通过调整时间范围、信号频率和采样间隔等参数，我们可以生成不同频率和时长的正弦波形。
同样的方法也适用于其他类型的信号函数生成。
二、波形叠加合成：波形的叠加合成是一种常见的信号处理技术，它可以在一定条件下将多个信号波形叠加到一起，形成新的波形。
在Matlab中，我们可以使用`+`运算符实现波形叠加合成。
例如，我们想将两个正弦波形叠加到一起：```matlabt = 0:0.001:1; % 时间范围为0到1秒，采样间隔为0.001秒f1 = 200; % 第一个信号频率为200Hzf2 = 300; % 第二个信号频率为300Hzy1 = sin(2*pi*f1*t); % 生成第一个正弦波形y2 = sin(2*pi*f2*t); % 生成第二个正弦波形y = y1 + y2; % 将两个波形叠加合成% 绘制波形图plot(t, y);xlabel('时间（秒）');ylabel('幅度');title('叠加波形');```通过叠加多个信号波形，我们可以得到更加复杂和丰富的波形效果。
周期信号波形的合成和分解实验四周期信号波形的合成和分解⼀.实验⽬的1. 加深了解信号分析⼿段之⼀的傅⽴叶变换的基本思想和物理意义。
2. 观察和分析由多个频率、幅值和相位成⼀定关系的正弦波叠加的合成波形。
3. 观察和分析频率、幅值相同，相位⾓不同的正弦波叠加的合成波形。
4. 通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。
⼆. 实验原理提⽰按富⽴叶分析的原理，任何周期信号都可以⽤⼀组三⾓函数{sin(2πnf0t),cos(2πnf0t)}的组合表⽰： x(t)=a0/2+a1*sin(2πf0t)+b1*cos(2πf0t)+a2*sin(4πf0t)+b2*cos(4πf0t)+........也就是说，我们可以⽤⼀组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。
对于典型的⽅波，根据傅⽴叶变换，其三⾓函数展开式为：由此可见，周期⽅波是由⼀系列频率成分成谐波关系，幅值成⼀定⽐例，相位⾓为0的正弦波叠加合成的。
三.实验仪器和设备计算机若⼲台,labVIEW虚拟仪器平台 1套,打印机1台四.实验步骤及内容1.启动labVIEW中的"波形合成与分解"实验脚本，进⾏该实验。
4. 在"波形合成与分解"实验中的频率输⼊框中输⼊100，幅值输⼊框中输⼊300，相位输⼊框中输⼊0，然后点击"产⽣信号"按钮，产⽣1次谐波，并点击"信号合成"按钮将其叠加到波形输出窗中。
5. 然后在频率输⼊框中输⼊300，幅值输⼊框中输⼊100，相位输⼊框中输⼊0，点击"产⽣信号"按钮，产⽣3次谐波，并点击"信号合成"按钮将其叠加到波形输出窗中，形成1，3次谐波叠加后的波形。
6. 然后在频率输⼊框中输⼊500，幅值输⼊框中输⼊60，相位输⼊框中输⼊0，点击"产⽣信号"按钮，产⽣5次谐波，并点击"信号合成"按钮将其叠加到波形输出窗中，形成1，3，5次谐波叠加后的波形。
信号波形合成实验报告摘要：本电路实现了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。
本设计由六个模块构成：方波信号产生模块，正弦信号产生模块（滤波模块），相位调节模块，幅度调节模块，波形叠加模块，以及正弦波幅值测量。
使用555电路构成基准的300KHz 的方波振荡信号，以74LS163、CD4013实现分频形成10KHz、30kHz、50kHz的方波信号，利用有源滤波器获得其正弦分量，以TL082实现各个信号的放大、衰减和加法功能，同时使用有源RC移相电路实现信号的相位调节；使峰值检测电路获得正弦信号的幅度，以MSP430F5xx作为微控制器对正弦信号进行采样，并且采用点阵液晶实时显示测量信号的幅度值。
关键词：方波振荡方波分频及滤波移相信号合成峰值检测MSP430F5xx一、方案设计1、方框图设计制作一个电路，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2、整体思路（1）用555定时器构成多谐振荡器产生300kHz的方波；（2）利用4位二进制同步计数器（同步清零）74LS163配合D触发器CD4013实现分频功能，分别产生10kHz,30kHz,50kHz的方波；（3）将产生的单极性方波经过比较器变为双极性，采用二阶有源低通滤波电路，分别获得相应频率的正弦波信号；（4）采用RC移相电路调节输出正弦波信号的相位，采用比例放大电路调节正弦波的幅值，再利用加法器合成近似正弦波和三角波；（5）设计分立二极管电容型峰值检测器，检测各正弦信号的幅度；并用液晶显示屏显示相应的幅值。
二、单元电路方案设计与论证1、方波振荡电路方案一：用555定时器构成多谐振荡器产生300kHz的方波，通过数字分频电路分出10kHz，30kHz和50kHz的方波，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、三角波合成。
方案二：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较高。
信号波形合成实验电路信号波形合成实验电路是一种能够生成并合成不同信号波形的电路，它通常由一些基本元件组成，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管等。
下面我们将详细介绍一种简单的信号波形合成实验电路。
一、实验电路的设计1.设计目标该实验电路的设计目标是生成并合成两种不同信号波形，即正弦波和方波。
通过对这两种波形的合成，可以观察到不同信号波形之间的叠加效果。
2.电路设计为了实现上述目标，我们需要以下主要元件：信号发生器、比较器、RC 滤波器、示波器和负载。
（1）信号发生器：为了生成正弦波和方波，我们采用两个独立的信号发生器，其中一个用于生成正弦波，另一个用于生成方波。
（2）比较器：比较器的作用是将两个信号波形进行比较，从而产生一个新的波形。
在这里，我们将使用一个运算放大器作为比较器。
（3）RC滤波器：由于我们希望在负载上得到干净的波形，因此需要使用RC滤波器对信号进行滤波处理。
（4）示波器：示波器的作用是显示合成后的波形。
（5）负载：负载的作用是吸收合成的波形并转换为其他形式的能量。
3.电路连接将两个信号发生器输出端分别接入比较器的两个输入端，将比较器的输出端接入RC滤波器的输入端，将RC滤波器的输出端接入示波器的输入端，最后将负载接入示波器的输出端。
二、实验电路的工作原理4.信号发生器信号发生器是一种能够产生不同波形（如正弦波、方波等）的电路。
在这里，我们采用两个独立的信号发生器，一个用于生成正弦波，另一个用于生成方波。
5.比较器比较器的作用是比较两个信号波形，产生一个新的波形。
在这里，我们将使用一个运算放大器作为比较器，将两个信号波形进行比较，从而产生一个新的波形。
6.RC滤波器RC滤波器是一种常见的滤波器，它由电阻和电容组成。
在这里，我们使用RC滤波器对信号进行滤波处理，从而在负载上得到干净的波形。
7.示波器示波器是一种用来显示波形的电子仪器。
在这里，我们将示波器的输入端接入合成后的波形，以便观察和记录合成后的波形。
信号波形合成实验电路设计指导老师：邵建设队员及年级：方辉（08级），卫鹏（08级），谭诗梦（08级）学校及院系：黄冈师范学院物理科学与技术学院摘要：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MAX038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OPA842构成的窄带通滤波电路；由双运放构成的移相电路；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；单片机控制电路。
在本设计中，方波振荡电路可产生不同频率的方波，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。
一、方案设计与论证1.1 方案设计1.1.1 方波振荡电路设计方案方案一：用555定时器构成的多谐振荡器产生单极性方波（脉冲）。
可将电路设计为占空比为50%的单极性方波，该电路灵活方便，低功耗，输入阻抗高，输出驱动电流大。
但其回差电压过大，产生波形的频率不够精确，易失真。
故不采用此方案。
方案二：用信号源产生双极性方波。
采用低温漂、低失真、高线性单片压控函数发生器集成电路MAX038设计，能精密地产生三角波、方波、正弦波信号；频率范围从0．1Hz～20MHz，最高可达40MHz；占空比调节范围宽，最大调节范围10％～90％，利用控制端FADJ、DADJ实现频率微调和占空比调节，互不影响；波形失真小，占空比调节时非线性度低于2％。
从频率范围，频率精确度，对芯片及波形的控制性能，都能达到要求。
故采用此方案。
1.1.2 分频电路设计方案方案一：利用数字电路设计分频电路。
信号波形合成实验电路摘要：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 synthesiscircuitAbstract：The design consists of a square wave oscillator circuit,divider circuit, filter circuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject of the request of the point frequency of the various parameters of processing, production of a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz and 30KHz sinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a wave amplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystal oscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz. Frequency circuit 74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency square wave, as a basis for waveform synthesis. Filtering using TI's op LC084, respectively, set the waveform of the filter circuit. Phase-shifting circuit in the main processing phase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of the waveform synthesis.Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shifting circuit1.课题技术指标基本要求对一个特定频率的方波进行变换并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。
内容摘要：本系统采用NE555芯片作为方波发生电路产生120kHz的方波信号，然后利用十进制计数器CD4017和双D触发器CD4013将120kHz的矩形波信号分频，得到10kHZ、30kHZ三种不同频率的方波，将方波信号经滤波处理后，得到单频的正弦信号，产生的信号波形应无明显失真，为了保证最终波形的叠加效果，使用幅度与移相调节电路对两路信号进行调整，两路信号进入加法器叠加，最终得到近似的合成波形。
系统主要由四大模块构成：方波发生电路，分频滤波电路，幅度与移相调节电路和波形合成电路构成。
关键词：方波振荡器分频与滤波移相电路加法器单片机前言本设计的任务是使学生获得信号与系统分析方面的基本理论、基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为深入学习通信、电子信息类专业有关课程及以后从事专业工作打下良好的基础。
本设计的特点是应用的数学工具多、公式多,数学演绎复杂。
如何把抽象的数学语言和具体的物理概念与实际应用联系起来,也是学习中要解决的重要问题。
为了达到这一目的,课程实验是一个必不可少的环节。
让学生有机会尽早接触正弦波、方波等周期信号以及调幅波、调频波等调制信号,通过多观察、多测试、多分析,理论联系实际,举一反三,融会贯通,掌握观察、测试和分析信号与系统的基本方法,培养使用基本分析工具的能力。
为此我们引入信号的分解与合成来解决这样的问题。
从而有了我们这次的课题——信号波形合成。
学生可以通过示波器来观察试验结果是否与理论一致,观察出现的误差并分析原因。
经过实验课程的不断尝试,证明实践性教学能够加强学生对相关知识的掌握和理解,而且通过实验,锻炼学生用模拟，数字电路理论分析解决实际工程问题的能力,不仅大大提高学生的动手能力,而且为后续的相关课程的学习以及毕业设计奠定了坚实的基础。
1系统方案设计及论证1.1系统总体方案本系统采用NE555芯片作为方波发生电路，产生稳定的120kHz的方波信号，将信号进行分频滤波处理，得到10K、30K二种不同频率的正弦信号，为了保证最终波形的叠加效果，使用调幅移相电路对二路信号进行调整，二路信号进入加法器叠加，最终完成波形合成。
信号波形合成实验电路摘要：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 synthesiscircuitAbstract：The design consists of a square wave oscillator circuit,divider circuit, filter circuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject of the request of the point frequency of the various parameters of processing, production of a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz and 30KHz sinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a wave amplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystal oscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz. Frequency circuit 74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency square wave, as a basis for waveform synthesis. Filtering using TI's op LC084, respectively, set the waveform of the filter circuit. Phase-shifting circuit in the main processing phase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of the waveform synthesis.Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shifting circuit1.课题技术指标1.1 基本要求对一个特定频率的方波进行变换并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。
波形合成原理
波形合成原理是指将多个波形进行叠加或混合，生成新的波形信号的过程。
波形合成可以通过不同的方法实现，以下介绍了几种常见的波形合成原理：
1. 加法合成：将多个波形的振幅进行简单叠加，相当于将多个波形信号叠加在一起。
这种合成方式可以产生富有复杂谐波结构的波形，常用于合成音乐和声音效果。
2. 乘法合成：将多个波形的振幅进行相乘，可以得到新的波形，它的频谱分布与参与合成的波形信号有关。
乘法合成可以用于合成各种特殊效果的音频，例如合成人声、合成各类声音效果等。
3. 波表合成：通过使用预先准备好的波表数据，在不同的频率和振幅下，实时地选择合适的波形进行叠加。
这种合成方式可以模拟各种乐器的音色，广泛应用于电子乐器和合成器。
4. 频率变调合成：通过调整波形的频率和相位，可以改变波形的音高和音色。
这种合成方式常用于实现音乐中的音高转换和音色变化效果。
5. 采样合成：通过从已有的音频或音乐片段中提取特定的波形片段，并在不同的频率和时长下进行重复叠加，来合成新的波形信号。
这种合成方式常用于实现采样乐器和音频处理中的特殊效果。
波形合成原理的应用广泛，不仅可以用于音乐制作和声音效果的合成，还可以应用于信号处理、计算机图形学等领域。
通过合理地选择合成方法和参数，可以创造出丰富多样的声音和图像效果。
摘要本系统主要以TL081A 运放为核心，由方波发生器、滤波分频电路、移相电路、加法器电路模块组成。
实现了产生多个不同频率的正弦信号与基于多个正弦波合成方波信号的电路功能。
系统基本工作过程为：1kHz 方波信号通过低通滤波器和带通滤波器得到按傅里叶级数展开的1kHz 基波正弦波信号和3kHz 三次谐波正弦波信号。
而后将基波信号通过移相电路使其相位调整到与三次谐波相同，然后通过加法电路将信号合成近似的方波信号。
输出波形结果表明，系统合成波形符合理论傅里叶分析结果，比较准确。
正弦波及合成波的幅值测试误差小于5%，符合题目要求。
关键词：方波发生器；傅里叶级数；分频；滤波；移相一．总体方案设计及论证 1.1题目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信号。
系统框图如下图所示：具体要求：矩形波发生电路滤波分频移相器加法器正弦波产生实验方波合成实验矩形波测试点基波测试点三次谐波测试点移相后基波测试点合成信号测试点1.2 方案论证比较1.2.1 系统总体方案方波发生电路产生1kHz方波，对其中的基波和三次谐波分量进行提取，1kHz 基波可用截止频率为1kHz的巴特沃斯低通滤波器滤波得到，3kHz谐波可用中心频率设为3kHz的高Q值带通滤波器滤波得到。
最后再经相位调整重新合成近似方波。
1.2.2方波振荡电路的选择本系统中的方波发生电路是实现后续各级电路功能的基础，对频率准确度和稳定度的要求较高。
方案一：555定时器组成的多谐振荡器，直接调节至1KHz左右的对称方波。
此方案成本低廉，实现方便，但其稳定性容易受到外部元件的影响，在振荡频率较高时频率稳定度不够。
方案二：使用石英晶振组成高稳定度的频率参考源，并使用计数器和集成锁相环芯片构成分频/倍频环，以产生1KHz的方波。
该方法产生的信号稳定度高，但需要搭建石英晶体振荡电路，并进行锁相环分频、倍频，电路较复杂。
方案三：采用基于反相输入的滞回比较器和RC电路的方波产生电路。
信号波形合成实验电路的设计与制作任何电信号都是由不同频率、幅值、初相的正弦波叠加而成的。
本方案设计了一个信号波形的合成电路，通过方波振荡器产生的一定频率的方波，经分频，滤波后得到按傅里叶级数展开的基波和3次、5次谐波，经移相后将其中的基波与多次谐波相叠加后模拟合成方波。
本方案采用了大量TI公司的芯片例如CD4046、CD4018、MSP430F149、OPA820等。
标签：CD4046 CD4018 MSP430F149 OPA820 基波谐波方波1 方案设计1.1 系统分析系统设计框图如图1所示。
图1 系统分析该系统主要由方波振荡电路、分频滤波电路、移相电路、加法电路及幅值测量显示电路组成。
由方波振荡电路产生150KHZ方波，经分频分别得到10KHZ、30KHZ和50KHZ的方波，通过滤波得到10KHZ、30KHZ和50KHZ正弦波。
正弦波经移相后由加法电路叠加生成合成信号，同时由幅值测量显示电路显示对应正弦波的幅值。
1.2 系統设计与理论计算振荡电路振荡电路如图2所示。
该模块主要由锁相环CD4046构成的电路来实现。
要产生频率为10kHz和30kHz，幅度为6V和2V的正弦波信号，则输入信号幅度必须大于6V，锁相环锁定在30KHZ附近。
图2 振荡电路CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其锁相环采用的是RC型压控振荡器。
当9脚输入端输入5V电源时，电路即起基本方波振荡器的作用。
振荡器的充、放电电容C1接在6脚与7脚之间，调节电阻R2的阻值即可调整振荡器振荡频率，振荡方波从4脚输出。
f0=1/8*C1*（（V1-VGS）R1+（VDD-2*VTP）R2）其中V1是9脚的输入电压，VGS是锁相环内部MOS管的栅-源极压降，VTP是栅极的开启阈值电压，VDD是工作电压。
当C1=103Pf，R1=100k时，振荡频率变化范围为80-150KHZ。
分频电路CD4018是一个高电压型可预置1/N计数分频器，固定可编程2，3，4，5，6，7，8，9，10分频。
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.目录1系统方案................................................... 错误!未定义书签。
方波振荡模块的论证与选择................................ 错误!未定义书签。
分频模块的论证与选择.................................... 错误!未定义书签。
移相电路的论证与选择.................................... 错误!未定义书签。
2系统理论分析与计算......................................... 错误!未定义书签。
方波产生电路的分析与计算............................... 错误!未定义书签。
分频电路的分析与计算.................................... 错误!未定义书签。
方波转换成正弦波的分析与计算............................ 错误!未定义书签。
3电路与程序设计............................................. 错误!未定义书签。
电路的设计............................................... 错误!未定义书签。
系统总体框图......................................... 错误!未定义书签。
方波转正弦波电路原理图.............................. 错误!未定义书签。
电源................................................. 错误!未定义书签。
程序的设计............................................... 错误!未定义书签。
程序功能描述与设计思路............................... 错误!未定义书签。
程序流程............................................. 错误!未定义书签。
4测试方案与测试结果......................................... 错误!未定义书签。
测试方案................................................. 错误!未定义书签。
测试条件与仪器.......................................... 错误!未定义书签。
测试结果及分析.......................................... 错误!未定义书签。
测试结果(数据) ....................................... 错误!未定义书签。
测试分析与结论....................................... 错误!未定义书签。
附录1：参考文献............................................. 错误!未定义书签。
附录2：整体电路图........................................... 错误!未定义书签。
附录3 源程序................................................ 错误!未定义书签。
信号波形合成（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由方波振荡模块、分频模块、移相电路模块、加法器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
方波振荡模块的论证与选择方案一：采用直接数字频率合成器（DDS）。
直接数字频率合成器（DDS）能够用单片机进行控制，实现简单，可以产生频率相对稳定的正弦波和方波，符合本题要求。
方案二：采用集成函数信号发生器（MAX038）。
函数信号发生器（MAX038）能精密的产生三角波、锯齿波、矩形波、正弦波。
频率范围从~20MHZ可调，各种波形的输出幅度均为2V(P-P)。
如果用精密的电阻，则可以得到稳定频率的信号，而且调节精度很高。
其波形失真很小，正弦波失真度小于%，占空比调节时非线性度低于2%。
其也满足题目要求。
方案三：用NE555组成的方波信号发生器一般使用NE555来制作非稳态多谐震荡器，而且在低频中较为常见，但由于充放电的时间不一致，所以并不能产生周期比相同的方波输出。
在题目论证时，考虑到后级分频及其他要求，需要前级产生一个频率可调且稳定的方波信号。
由NE555构成的振荡电路，输出频率调节较为麻烦，且不易于控制。
方案四：使用MSP430F149定时模块输出所需要的方波MSP430F149单片机自带两个定时器，定时器A的PWM模式产生所需要的方波信号。
然而，实际上的输出结果与理论计算结果相距较大。
比较难以实现我们所需要的方波信号。
综合上述方案，考虑到电路前后级兼容性及题目要求，所以我们选用方案二。
分频模块的论证与选择方案一：采用MSP430F149的定时计数器。
MSP430F149具有两个定时计数器A和B。
其中定时计数器A包含了三个输出比较单元，定时器B包含7个输出比较单元。
按理说完全可以满足多路的分频要求，但是分频出来信号的占空比必须为50%，才能传给后级转变为正弦波。
所以用单片机分频最多只能分两路信号出来，这样只能做到基本要求的两路信号合成。
如果想做到3路信号合成就得用2个单片机了。
还有，经过实验发现，用单片机分频产生的两路信号（10KHZ和30KHZ）用示波器的两个探头同时观察波形，波形不能达到稳定。
方案二：采用可预置的4位二进制同步计数器74LS161搭建数字电路分频。
74LS161是可编程的4位二进制同步计数器。
它具有同步并行置数的工作方式，该方式将数据输入端全部接地（所置数为零），然后利用其同步置数功能及附加门电路构成模数小于16的任一进制计算器。
虽然其分频出来波形的占空比也不是50%，但是经过实验，在其后再加一级74LS74构成的2分频电路即可以得出占空比50%的方波，且用示波器观察分频出的两路信号（10KHZ和30KHZ），波形相当稳定。
综合以上两种方案，选择方案二。
移相电路的论证与选择方案一：采用无源RC移相电路。
一级无源RC移相网络就相当于一个无源RC高通滤波器，能够产生0~90°的相移。
4级的话就可以产生0~360°的相移。
可以满足相位的调节。
但是无源RC移相电路并不是很可靠，并且4级RC移相网络电路比较复杂，故不采用此方案。
方案二：采用有源RC移相电路。
利用高精度运算放大器OP37搭建的有源RC移相电路，只要一级移相网络就可以实现0~180°范围内相位的连续变化，并且其精度与稳定度都相当高。
实现电路简单，性能优异，故采用此方案。
加法器电路的论证与选择加法器电路结构简单，只要选用由TI公司生产的NE5532运算放大器构成的反相输入加法电路即可以满足要求，故采用此方案。
2系统理论分析与计算方波产生电路的分析与计算函数信号发生器MAX038可由电阻和电容振荡产生可调频率和占空比的方波。
当VFADJ=0V时，其频率为: f=Iin(uA)/CF(pF)。
使用电压源和电阻串联的振荡器，其频率计算公式可等效为：f=Vin/[Rin*CF(pF)]。
Vin取，则f=[Rin*CF(pF)]。
其中，20100≤≤。
pF COsc uF考虑到下级电路分频需要，需要方波频率在10KHz到2MHz可调。
因此，电容使用短路帽分别取100pF，470pF，1000pF；电阻接入滑动变阻器阻值为100KΩ，阻值连续可调。
这样可以产生频率在10KHz到2MHz可调的峰峰值稳定为2V的方波。
分频电路的分析与计算根据题目要求，方波振荡器信号经过分频和滤波处理后，要同时产生频率为10KHZ 和30KHZ的正弦波信号，如果加上发挥部分要产生的50KHZ的正弦信号，我们一共要分三次频。
考虑到10K、30K、50K的最小公倍数为150K，并且我们要通过D触发器构成的二分频电路，所以，方波振荡电路产生的方波信号的频率设定为1502300KHZ⨯=。
