信号波形的产生与滤波电路(学)

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。

信号波形合成实验电路摘要：本设计通过ICL8038产生300K方波信号，再通过计数器CD4518及74LS161与D 触发器分频成多个不同频率的方波信号，并将这些信号经过巴特沃斯低通滤波器、反相比例运放电路、 型滤波电路、跟随器，将其转换为10K、30K、50K正弦信号，再经RC移相电路之后，利用同相输入求和加法器将峰峰值分别为6V、2V、1.2V的正弦波合成为近似方波及其他信号。

Abstract：This design can produce 300KHz square-wave signals by ICL8038, then spilt frequency through CD4518 counter with D flip-flop 74LS161 , and will put these signals through butterworth low-pass filter, opposite proportion amp circuit, filter circuit and follower circuit,and will produce 10KHz,30KHz and 50KHz sine signals, then by using RC phase-shifting circuit with these signals and same-phase sum adder,it can compound 6V、2V、1.2V sine signals to produce approximate sine signals and other signals.一、系统方案与论证1.1高频方波产生电路的比较方案一：采用555定时器，555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容就可以产生方波。

缺点是本电路需要产生高频方波，而用555定时器产生的高频方波不稳定。

方案二：采用ICL8038精密压控函数发生器，ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz～1M Hz的正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。

波形产生电路实验报告一、实验目的本实验旨在探究波形产生电路的基本原理和实现方法，并通过实验操作，了解不同电路参数对波形产生的影响。

二、实验器材1.示波器2.函数信号发生器3.电阻、电容等元器件4.万用表三、实验原理1.基本原理：波形产生电路是指能够产生各种规定形状的周期性信号的电路。

其中，常见的信号有正弦波、方波、三角波等。

2.具体实现：通过改变元器件参数或改变连接方式，可以得到不同形状和频率的周期性信号。

例如，正弦波可以通过RC滤波电路产生；方波可以通过比较器电路和反相放大器电路产生；三角波可以通过积分放大器电路和反相放大器电路产生。

四、实验步骤及结果分析1.正弦波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至RC滤波电路输入端；（2）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（3）调节RC滤波电路中的R值和C值，观察示波器上输出的正弦波形状，并记录下所使用的元器件参数；（4）重复以上步骤，改变RC电路中的R和C值，观察输出波形的变化情况。

实验结果：通过调节RC电路中的R和C值，可以得到不同频率和振幅的正弦波。

2.方波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至比较器电路输入端；（2）设置比较器电路阈值电压为0V；（3）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（4）观察示波器上输出的方波形状，并记录下所使用的元器件参数；（5）重复以上步骤，改变比较器电路阈值电压和函数信号发生器输出频率，观察输出波形的变化情况。

实验结果：通过调节比较器电路阈值电压和函数信号发生器输出频率，可以得到不同占空比和频率的方波。

3.三角波产生电路：（1）将函数信号发生器输出连接至积分放大器电路输入端；（2）将积分放大器电路输出连接至反相放大器输入端；（3）调节函数信号发生器输出频率为1000Hz；（4）观察示波器上输出的三角波形状，并记录下所使用的元器件参数；（5）重复以上步骤，改变积分放大器电路中的R和C值，观察输出波形的变化情况。

波形发生电路原理波形发生电路是一种电子电路，用于产生特定形状和频率的电压或电流波形。

它通常由活动元件（例如晶体管、集成电路）和被动元件（例如电阻、电容）组成。

波形发生电路的原理基于信号的周期性。

一般来说，波形发生电路需要一个参考信号（例如时钟信号、振荡器信号），根据参考信号的周期和幅值来产生期望的波形。

具体的原理取决于所采用的电路拓扑和元件类型。

常见的波形发生电路包括正弦波发生器、方波发生器、矩形波发生器和三角波发生器等。

下面以正弦波发生器为例，介绍其工作原理：1. 整体思路：正弦波发生器的核心思想是利用反馈机制，将一个信号通过放大和滤波处理后再输入到自身，形成一个稳定的正弦波输出。

2. 振荡器电路：正弦波发生器的关键是振荡器电路，它负责产生频率恒定的振荡信号。

常见的振荡器电路包括LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等。

以LC振荡器为例，它由电感(L)和电容(C)构成，并配合放大元件组成正反馈网络。

3. 放大器电路：振荡器电路生成的振荡信号较弱，需要经过放大器电路放大后才能得到理想的输出。

这里可以采用放大器电路，如共射放大电路或运算放大器等。

4. 滤波器电路：放大器电路放大信号后，仍然会存在一些杂散信号或高频成分。

因此，需要使用滤波器电路，如低通滤波器或带通滤波器，将不需要的信号滤除，只保留所需的正弦波信号。

通过以上的电路组合，正弦波发生器可以实现将一个参考信号转换成期望频率和幅度的正弦波输出。

实际设计时，需要根据具体要求选择合适的元件和电路拓扑，以实现所需的波形。

需要注意的是，不同类型的波形发生器可能有不同的电路原理和参数设置，本文所述仅作为示例，具体应用需根据实际情况进行调整和优化。

波形形成原理
波形形成原理是指在水声、声波、光波或电波等领域中，通过调节波的振幅、频率、相位等参数，使波形发生变化的过程。

波形形成的目的通常是为了实现特定的信号处理或信号传输需求。

在水声领域中，波形形成原理被广泛应用于声纳系统中。

声纳系统通过发射声波信号，并接收被目标物体反射回来的声波信号，从而实现对目标物体的探测与识别。

为了提高声纳系统的性能，可以通过调节发射信号的波形来实现波束形成、侧波抑制等功能。

波束形成是指将发射的声波信号集中在一个特定的方向上，可以增强对目标区域的信号接收；侧波抑制则是通过调节波形，使侧向的波动干扰信号被减小，从而提高信号的纯度。

在音频领域中，波形形成原理被广泛应用于音频合成与处理过程中。

通过调节音频信号的波形，可以实现音乐合成、音效设计、说话人识别等功能。

例如，通过改变音频信号的振幅、频率或相位，可以实现不同乐器音色的模拟合成；通过调整音频信号的包络和谐波成分，可以实现音乐的动态变化和情绪表达。

在无线通信领域中，波形形成原理被应用于无线电波的调制与解调过程中。

无线通信系统通过调制电信号并将其转换为特定的无线电波形式，以便在空间中传输。

通过调节信号的振幅、频率、相位等参数，可以实现不同调制方式（如调幅、调频、调相）以及信号的复用与分离。

总之，波形形成原理在不同领域中发挥着重要作用，通过调节波的各种特性以实现特定的信号处理或传输目标。

这些应用需要对波动规律的深入理解，并在实践中合理运用，以实现高效、准确的信号处理与传输。

滤波器超全资料滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。

利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。

滤波的概念滤波是信号处理中的一个重要概念，滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。

一般来说，滤波分为经典滤波和现代滤波。

经典滤波是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念，根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。

换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。

只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。

在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的（硬件方面的滤波器其实进展并不大），但现代滤波还加入了数字滤波的很多概念。

滤波电路的原理当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感应电动势将阻止电流的变化。

当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。

因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。

在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。

只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。

L愈大，滤波效果愈好。

滤波器的作用1、将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性及信噪比；2、滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度；3、从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。

理想滤波器与实际滤波器理想滤波器使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。

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 1.1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 715sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ三角波也可以表示为：)7sin 715sin 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。

1.2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。

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。

信号与系统课程设计课程名称：信号与系统题目名称：滤波器的设计与实现学院：电气与电子工程学院专业班级：电气工程及其自动化学号：U*********学生姓名：***指导教师：**2013年08 月25 日目录一、设计要求 (2)二、设计原理 (2)三、设计思路 (3)四、设计内容4.1 单元电路的设计 (4)4.1.1 原理图设计 (4)4.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 (6)4.2电路的仿真与检验 (8)4.2.1 低通滤波器仿真 (8)4.2.2 高通滤波器仿真 (10)4.2.3 带通滤波器仿真 (12)五、设计感想 (14)六、参考文献 (15)一、设计要求自己设计电路系统，构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。

利用Matlab或其他仿真软件进行仿真。

1.设计低通滤波器2.设计高通滤波器3.设计带通滤波器二、设计原理1、电容器C具有通高频阻低频的性能。

2、有源滤波器由放大电路部分和滤波电路部分组成。

图2.2.1 RC有源滤波总框图2.2.1子框图的作用1．RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。

2 .放大器的作用电路中运用了同相输入运放，其闭环增益 RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

3.反馈网络的作用将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。

三、设计思路Ω=k R 9.18'1 Ω=k R 36.94'2 Ω=M R 372.2'3带通滤波器就是将高通低通滤波器串联起来四、设计内容4.1 电路的设计4.1.1 原理图设计1. 低通滤波器低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。

如图4.1.1.1（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。

它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。

信号波形发生与合成摘要本实验设计验证制作一个电路，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。

本实验使用了集成运放TL081A产生幅值为5V，频率为1kHz的方波，再利用有源低通滤波器电路进行滤波，得到幅度峰峰值为12V，频率为1kHz的正弦基波分量，同时，利用有源带通滤波器可得到幅度峰峰值为4V，频率为3kHz的正弦三次谐波分量。

再用移相电路对正弦基波分量进行相位调节，最后用加法器电路将移相后的基波和三次谐波相加合成近似方波信号，近似方波信号幅度为5V。

所有误差幅度要求小于等于5%。

关键词：方波发生电路、幅值、有源低通滤波电路、有源带通滤波电路、峰峰值、移相电路、加法器一、设计选题 1. 题目设计：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。

系统框图如图1所示。

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图1 系统框图2. 实验要求：（1）实验1—矩形波发生电路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%，方波波形幅度为5V ，幅度误差小于5%。

2、矩形波发生电路输出阻抗o r =50 Ω。

3、使用示波器测量矩形波的上升时间和下降时间，用数学表达式表达输出的矩形波信号。

（2）实验2—滤波分频电路1、矩形波发生电路产生的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。

2、其中基波产生采用低通滤波器，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、其中三次谐波产生采用带通滤波器，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%。

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 ********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]、.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。

信号波形合成实验电路之巴公井开创作摘要：本设计包括方波振荡电路,分频电路,滤波电路,移相电路,加法电路,丈量显示电路.题目要求对点频率的各参数处置,制作一个由移相器和加法器构成的电路,将发生的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.振荡电路采纳晶振自振荡并与74LS04 结合,发生6MHz 的方波源.分频电路采纳74HC164与74HC74分频出固定频率的方波,作为波形合成的基础.滤波采纳TI公司的运放LC084,分别设置各波形的滤波电路.移相电路主要处置在滤波过程中相位的偏差,防止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 10KHzand 30KHzsinusoidal signal as the fundamental and third harmonic, synthesis of a waveamplitude 5V, similar to square wave waveform. Since the oscillating crystaloscillation circuit combined with the 74LS04 to produce a square wave source 6MHz.Frequency circuit74HC164 and the 74HC74 divider out of a fixed frequency squarewave, 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 processingphase in the filtering process deviations, to avoid prejudicing the outcome of thewaveform synthesis. Keywords：Square-wave oscillator circuit Frequency and filter Phase-shiftingcircuit1.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发生多个分歧频率的正弦信号,再将这些正弦信号合成为近似方波.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需要的信号转换,分别发生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波,然后对这三个正弦波进行频率合成,合成后发生目标信号为10KHz近似方波(如下图).1.2 附加要求利用方波发生器进行信号转换后的10KHz、30KHz和50KHz的正弦波进行频率合成,合成后发生目标信号为10KHz近似三角波.1.3设计条件2.系统设计2.1 设计任务设计制作一个电路,能够发生多个分歧频率的正弦信号,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：2.2 系统框图3.方法论证3.1 信号发生器电路方案一：数控振荡器（NCO）发生时间离散和幅度离散的正弦信号和余弦信号,在模拟调制中,利用NCO 可以直接发生调频信号（FM）,虽然结合FPGA 可以完成调频信号的输出,可是数控振荡器（NCO）的平台搭建需要时间.方案二：采纳非门与晶振组合成形成正反馈电路发生正反振荡,其中采纳的6MHZ 的晶振是起滤波作用.只有6MHZ 频率的脉冲信号容易通过该正反馈电路,其它频率的信号被抑制.故电路暗示为只有6MHZ 的方波信号.该电路输出稳定,容易搭建.方案三：锁相环CD4046.CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路,具有电源电压范围宽（为3V－18V）,输入阻抗高(约100MΩ),静态功耗小的特点.发生的方波信号频率满足设计需要,而且波形理想.故本设计采纳该方法实现方波振荡电路.综上,选取方案二.3.2分频电路方案一：采纳单片机与FPGA 结合,省去许多分立的逻辑集成电路,使电路的集成性和可靠性年夜年夜提高.另编程简单容易实现,且容易实现并可以发生固定频率的波形,并省去分频电路,是电路简化.可是FPGA 平台的搭建占用时间太长,晦气于实现.方案二：分频电路采纳逻辑元件74164、7474、7404搭建而成.电路如下图所示：振荡电路所发生的频率为6MHz 的方波送到74164构成10分频电路,输出频率为600KHz 的方波.频率为600KHz 的方波再经74164构成10 分频,输出频率为60KHz、占空比50%的方波.频率为600KHz 的方波再经7416412分频,获得频率为50KHz、占空比50%的方波.同时60KHz 的方波经过7474二分频输出30kHz、占空比50%的方波.60KHz再经74164六分频获得10KHz 的信号分频电路如下图所示.采纳方案二.3.3滤波电路方案一：采纳LC 或RC 无源滤波,电路图如图6 所示,电路简单,参数易于计算.但滤波效果差,而本题目只要给指定频率的波形滤波,而且达不到题设要求.可以根据中心频率公式：来匹配R、C 的参数.图6 无源RC 低通滤波器方案二：采纳TI 公司提供的TLC084运算放年夜器,搭建一个带通有源滤波器电路图如图7 所示采纳方案二.3.4调幅电路信号经滤波后获得完整的正弦波.调幅电路采纳运放组成的反相输入比例放年夜器.电路如下图11 所示.比例放年夜器的主要作用是调节基波、3 次波和5 次波的峰峰值.相关环节电路原理相同.3.5加法电路为了发生包括10kHz 为基波、30kHz 为3 次波和50kHz 为5 次波合成一个近似方波,采纳运放组成的信号调幅、叠加电路.波形幅度为5V,调幅、加法电路如下图所示.调幅、加法电路当R = 2 R = 3 R = F R 时,就是三个信号的叠加.对与合成方波,加法起的运算为对与合成三角波,加法起的运算为3.6反相器电路为了获得三角波,需要把30kHz 的3 次波和50kHz 的5 次波进行反相.反相器用运放组成的反相端输入的1：1 比例放年夜器来实现.采纳TL084运算放年夜器搭建一个反相电路如下图4.整体设计经过方案比力与论证,最终确定的系统组成框图如图16 所示.其中利用晶振、74LS04 发生振荡方波,74LS390 和CD4566 进行分频,获得题目中所要求的各频率信号.滤波器电路分别对10K、30K、50K 设计相应的参数电路,利用TL084搭建有源滤波器.整体电路见附录1.5. 系统测试结果5.1、测试仪器与设备表4.1.1 测试用仪器与设备仪器名称型号数量双通道数字示波器DS1022C1合成信号发生器NDY-EE14101数字万用表TY3601直流稳压电源DF1731SC2A1计算机联想PC 机15.2、系统试验结果5.2.2 基波10KHz、丈量峰峰值6±0.01V 实测波形图19 基波10KHz、丈量峰峰值6±0.01V 实测波形195.2.3 三次波30KHz、丈量峰峰值2±0.01V 实测波形如图20图20 三次波30KHz、丈量峰峰值2±0.01V 实测波形5.2.4 五次波50KHz、丈量峰峰值1.2±0.03V 实测波形如图21图21 五次波50KHz、丈量峰峰值1.2±0.03V 实测波形5.2.5 基波10KHz、丈量峰峰值6V 与三次波30KHz、丈量峰峰值2V 叠加后实测波形如图22图22 基波10KHz、丈量峰峰值6V 与三次波30KHz、丈量峰峰值2V 叠加后实测波形5.2.5 基波10KHz、丈量峰峰值6V 与三次波30KHz、丈量峰峰值2V 及五次波50KHz、丈量峰峰值1.2V 叠加后实测波形图23 基波10KHz、丈量峰峰值6V 与三次波30KHz、丈量峰峰值2V 及五次波50KHz、丈量峰峰值1.2V 叠加后实测波形5.2.6 基波10KHz、丈量峰峰值6V 与三次波30KHz、丈量峰峰值0.667V相减及五次波50KHz、丈量峰峰值0.24V 叠加后实测波形.图24 基波10KHz、丈量峰峰值6V 与三次波30KHz、丈量峰峰值0.667V相减及五次波50KHz、丈量峰峰值0.24V 叠加后实测波形.经过测试分析测试基本都到达了要求,10K与30K的分频滤波比力理想但也存在一些误差如频率不是很稳定振幅不够精确等尤其是在多阶滤波部份存在许多干扰在硬件搭接时要尽量减少信号成份电路导线的介入这样会是波形发生衰减方便于后续部份的测试.在这个部份如果采纳集成芯片会年夜年夜降低误差提高精准度与稳定性.为了增强可调性最好采纳滑动变阻器与可调电阻.6.元件清单运放TL0842只计数器741644只反相器74041只触发器74741只硅晶体6MHz1只电位器51k6只导线若干电阻若干双通道数字示波器DS1022C1合成信号发生器NDY-EE14101数字万用表TY3601直流稳压电源DF1731SC2A1计算机联想PC 机17.结语第一次做控制类型的题目开始着手时没有头绪很年夜一部份需要从网上获取资料从同学那里也获得了很多的帮手.在确定了各个模块的电路设计后调试的过程中又遇到了很多麻烦波形的幅值不够频率不稳定等.从后来的测试中总结了很多经验.本次设计的信号波形合成实验电路完成了基本部份和发挥部份的要求.本设计主要让我们掌握了信号发生电路的设计方法掌握了信号合成电路的设计方法.固然调试的时候也是一个重点让我们收获很多这其中就分硬件和软件两部份硬件需要我们注意电路设计问题对电路进行不竭地调试与改进.软件调试方面这其中包括法式的编写检验.所以一次好的设计不单要学习基础知识而且要注意各方面的细节.这次设计使我们各方面都获得了一定的熬炼.参考文献：1. 及力,张涛,王永成. Protel99SE原理图与PCB设计教程.电子工业出书社.修订版2. 华永平模拟电路设计与制作. 北京：电子工业出书社,2007.7 4．高吉祥,黄智伟,丁文霞. 数字电子技术[M]. 北京：电子工业出书社,2003年,第1版5. 邹其洪黄智伟高嵩.电工电子实验与计算机仿真[M].北京：电子工业出书社,2003年,第1版。

波形滤波算法波形滤波是一种信号处理技术，用于去除信号中的噪声，并保留有用的信号成分。

这种算法可以应用于多种领域，例如音频处理、图像处理和电信号处理等。

波形滤波算法的基本原理是通过对信号进行数学处理，滤除频率较低或较高的噪声成分，从而提取出感兴趣的信号。

具体来说，波形滤波算法可以分为两类：低通滤波和高通滤波。

低通滤波是将高频信号成分滤除，只留下低频成分。

这种滤波方法常用于音频处理，用于去除杂音或高频噪声。

常见的低通滤波算法有均值滤波、中值滤波和高斯滤波等。

均值滤波是一种简单有效的低通滤波算法。

它通过对信号窗口内的取平均值来滤除噪声。

具体来说，均值滤波算法将信号窗口内的所有像素值相加，然后除以窗口的大小，得到平均值，用平均值替代窗口内的像素值。

这样可以有效地平滑信号，并去除噪声。

中值滤波是一种基于排序的滤波算法，适用于去除突发性噪声。

该算法将信号窗口内的像素值按照大小进行排序，然后取中间值作为替代其他像素值的值。

中值滤波算法在音频处理和图像处理中广泛使用，可以在保留图像细节的同时去除噪声。

高通滤波则是将低频信号成分滤除，只留下高频成分。

这种滤波方法常用于图像处理，用于增强图像的边缘和细节。

常见的高通滤波算法有拉普拉斯滤波和Sobel滤波等。

拉普拉斯滤波是一种经典的高通滤波算法。

它通过对信号进行二阶微分操作来增强边缘信息。

具体来说，拉普拉斯滤波算法通过计算信号像素值和其周围像素值的差异，来揭示图像的边缘结构。

这种滤波算法可以增强图像的锐度，使得图像的细节更加明显。

Sobel滤波是一种基于梯度的高通滤波算法，适用于边缘检测。

该算法通过计算信号在水平和垂直方向上的梯度，来捕捉图像的边缘信息。

具体来说，Sobel算法通过将图像进行卷积操作，可以得到图像的梯度图，其中梯度较大的地方表示图像的边缘。

总的来说，波形滤波算法是一种常用的信号处理技术，可用于去除信号中的噪声，并提取出感兴趣的信号成分。

无论是低通滤波还是高通滤波，都有各自的特点和应用场景。

波形产生电路实验报告1. 背景波形产生电路是电子工程中的一种基础电路，用于产生各种形状和频率的电信号。

在实际应用中，波形产生电路常被用于信号发生器、音频设备、通信系统等。

本实验旨在通过设计和搭建一个简单的波形产生电路，掌握波形产生电路的基本原理和操作方法，并通过实验验证其性能。

2. 设计与分析2.1 电路结构本实验采用了经典的RC低通滤波器作为波形产生电路的核心部分。

该滤波器由一个电阻R和一个电容C组成，输入信号通过该滤波器后，输出信号将会被滤除高频成分，从而得到所需的波形。

2.2 参数选择为了得到稳定且正弦波形的输出信号，我们需要合理选择RC值。

根据经验公式：f c=1 2πRC其中f c表示截止频率。

我们可以根据需要选择截止频率来确定RC值。

一般情况下，我们可以选择f c为所需信号频率的十分之一。

2.3 电路实现根据以上分析，我们可以设计出以下波形产生电路：其中，R1和C1为滤波器的参数，Vin为输入信号源。

3. 实验步骤3.1 实验材料•电阻R1•电容C1•示波器•函数发生器•连接线等3.2 实验步骤1.按照电路图连接上述元件。

2.将函数发生器的输出连接到滤波器的输入端。

3.打开函数发生器和示波器，并调整函数发生器的频率和幅度。

4.观察示波器上输出信号的波形，并记录相关数据。

4. 实验结果与分析根据实验步骤得到的数据，我们可以绘制出输入信号和输出信号的波形图，并进行分析。

以下是实验结果：输入频率（Hz）输出幅度（V）1000 52000 45000 2通过观察实验结果，可以看出输出信号的幅度随着输入频率的增加而减小。

这是因为滤波器对高频成分进行了滤除，使得输出信号的幅度降低。

5. 实验建议在进行本实验时，我们可以尝试调整电阻和电容的取值，观察它们对输出信号的影响。

此外，我们还可以尝试使用不同形状的输入信号，并比较它们在滤波器中的表现。

为了得到更准确的实验结果，我们还可以提高示波器的采样率，并使用更精确的测量工具来测量电阻和电容的值。

信号波形合成实验电路设计报告组员：刘浩黎齐方志刚【摘要】：一个非正弦周期信号如方波、三角波信号均可以通过傅立叶级数分解为一序列频率为周期函数频率的正整数倍正弦波信号的叠加。

本次设计的实验电路正是依据这一理论。

方波振荡器产生300KHz占空比为50%的方波信号，通过FPGA三路分频得到10KHz、30KHz和50KHz的方波信号，然后经过三路滤波器得到对应频率的正弦波信号。

为了抵消滤波器的附加相移，再对滤波器输出的正弦波信号进行移相，保证合成前的基波、三次谐波和五次谐波同步。

移相调整后通过放大电路，调整各路谐波的增益，使其满足合成的幅度关系。

最后反相加法器再对三路信号求和即可合成10KHz的方波。

三角波合成的原理亦如此。

单片机系统完成基波及其谐波有效值的测量和显示。

关键词：波形合成，谐波，移相一、方案论证与比较1.方波振荡器模块根据题目基本要求同时兼顾发挥部分的顺利完成，在合成10KHz的正弦波信号之前必须通过分频滤波得到10KHz、30KHz和50KHz的正弦波信号。

依据最小公倍数和偶数分频的原则，方波振荡器产生300KHz的方波最适合三路分频。

方波振荡器有以下几种方案可以选择。

方案一：用555定时器组成多谐振荡器产生方波，经过施密特触发器整形。

这种方案实现的方波振荡器频率可调，上升沿陡峭，但输出波形不稳定，容易失真。

方案二：用MAX038精密高频波形发生器来产生方波信号。

本方案电路结构简单，能产生0.1Hz～20MHz的方波信号，波形的频率和占空比可以由电流、电压或电阻控制。

但成本高。

方案三：利用运放的非线性作用产生振荡，通过外接滑动变阻器来调节输出方波的频率。

这种方案容易实现，成本低，容易调节。

综上所述，本次设计选择方案三。

2.分频电路300KHz的方波产生后必须经过分频电路获得用于滤波处理的低频方波。

总体说来，可以直接进行一路分频，即只获得10KHz的方波，或者三路分频得到10KHz、30KHz和50KHz的方波。

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。

低频信号源: 低频信号源是一种能够产生频率较低的电信号的设备，通常用于测试和测量领域。

它可以产生诸如正弦波、方波、三角波等不同类型的信号，常用于各种实验和仪器的标定和测试。

三角波产生器: 三角波产生器是一种专门产生三角波信号的设备，它能够产生频率可调的稳定三角波信号。

在实际应用中，三角波信号常常用于模拟电路的测试和调试，以及一些音频设备的频率调整。

加法: 在电路设计中，加法器是一种能够将多个输入信号进行相加的电路。

它可以将不同频率和幅度的信号进行叠加，产生出新的复合信号。

加法器在信号处理和合成方面有着广泛的应用，常被用于音频合成和信号调理等领域。

滤波器电路: 滤波器电路是一种能够对电信号进行滤波处理的装置，它可以选择性地通过或者抑制特定频率范围内的信号。

在电子设备和通信系统中，滤波器电路常被用于剔除噪声、调整信号的频率响应，以及实现信号的分频和分频等功能。

1. 低频信号源的重要性和应用低频信号源在实验室和工程领域具有非常重要的地位，它能够提供稳定和可调的低频信号，广泛用于电子设备的测试和测量。

在各种仪器和设备的标定和调试中，低频信号源能够提供精确和可靠的信号源，为测试和测量工作提供基础。

低频信号源也常被用于信号发生器和音频设备中，满足各种频率和幅度要求的信号输出。

2. 三角波产生器的工作原理和特点三角波产生器是一种特殊的信号发生器，它能够产生频率可调的稳定三角波信号。

其工作原理是通过对正弦波信号进行积分运算，将其变换为三角波信号输出。

在实际应用中，三角波信号常被用于模拟电路的测试和调试，以及一些音频设备的频率调整。

三角波产生器具有频率可调、波形稳定等特点，能够满足各种频率和幅度要求的信号输出。

3. 加法器的结构和应用领域加法器是一种能够将多个信号进行叠加的电路，它在信号处理和合成方面有着广泛的应用。

在音频合成和信号调理领域，加法器能够将不同频率和幅度的信号进行叠加，产生出新的复合信号，满足各种音频合成的要求。

实验四信号的产生、分解与合成【实验内容】设计并安装一个电路使之能够产生方波，并从方波中分离出主要谐波，再将这些谐波合成为原始信号或其他周期信号。

1.基本要求（1）设计一个方波发生器，要求其频率为1kHz，幅度为5V；（2）设计合适的滤波器，从方波中提取出基波和3次谐波；（3）设计一个加法器电路，将基波和3次谐波信号按一定规律相加，将合成后的信号与原始信号比较，分析它们的区别及原因。

2.提高要求设计5次谐波滤波器或设计移相电路，调整各次谐波的幅度和相位，将合成后的信号与原始信号比较，并与基本要求部分作对比，分析它们的区别及原因。

3. 其他部分用类似方式合成其他周期信号，如三角波、锯齿波等。

【实验目的】1.掌握方波信号产生的基本原理和基本分析方法，电路参数的计算方法，各参数对电路性能的影响；2. 掌握滤波器的基本原理、设计方法及参数选择；3. 了解实验过程：学习、设计、实现、分析、总结。

4. 系统、综合地应用已学到的电路、电子电路基础等知识，在单元电路设计的基础上，利用multisim 和FilterPro 等软件工具设计出具有一定工程意义和实用价值的电子电路。

5. 掌握多级电路的安装调试技巧，掌握常用的频率测量方法。

6. 本实验三人一组，每人完成一个功能电路，发挥团队合作优势，完成实验要求。

【报告要求】1. 根据实验内容、技术指标及实验室现有条件，自选方案设计出原理图，分析工作原理，计算元件参数。

（写出理论推导，不能只有图） 非正弦周期信号可以通过Fourier 分解成直流、基波以及与基波成自然倍数的高次谐波的叠加。

本实验需要设计一个高精度的带通滤波器和移相器，组成选频网络，实现方波Fourier 分解的原理性实验，实现方波合成的原理性实验。

简易波形分解与合成由下述四个部分功能电路—周期信号产生电路、波形分解电路（滤波器）、相位调节、幅值调节与合成电路组成。

1. 非正弦周期信号的分解与合成对某非正弦周期信号()f t ，其周期为T ，频率为f ，则可以分解为无穷项谐波之和，即：000112()sin()sin(2)n n n n n n nf t c c t c c f t T πϕπϕ∞∞===++=++∑∑上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率0f 的整数倍。

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。