中国地质大学2013年电子设计大赛
竞赛论文
参赛题目：信号波形合成
成员：
信号波形合成实验电路
摘要：本作品主要用于非正弦信号的分解与合成实验验证，包括电源电路模块，方波信号产生模块，放大、移相、波形合成模块、测量显示模块等。通过1MHz晶振电路产生1MHz 方波信号，经计数、分频得到10kHz方波信号，利用LC并联谐振（滤波器）分离出10kHz、30kHz、50kHz正弦波信号，然后对三个正弦波信号进行放大、移相加到加法器中合成方波信号。把10kHz和30kHz正弦波信号送到减法器中合成三角波信号。三个正弦波信号的幅度通过单片机采样，由液晶屏显示出来。
关键词：方波信号，滤波器，正弦波信号，分解，合成
1 作品简介
1.1设计目标
设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，利用傅里叶原理产生以10KHz 为基波，以奇次谐波为辅助谐波的信号，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 信号波形合成电路示意图
1.2要求及指标
1.2.1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
1.2.2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）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％；
（4）其他。
2 方案设计
2.1 系统分析及整体方案
方波信号由基波成分和若干个谐波成分构成，即
...)7s i n 7
1
5s i n 513s i n 31(s i n 4)(t t t t U t u m
ωωωωπ+++=
，本作品根据这一理论原理制作而成。 本系统要包括了以下几个模块：电源电路模块，方波信号产生模块，放大、移相、波
本系统通过1MHz 晶振电路产生1MHz 方波信号，通过分频得到10kHz 方波信号，经过三个不同频率的滤波器分离出10kHz 、30kHz 、50kHz 正弦波信号，再对三个正弦波信号进行放大、移相加到加法器中合成方波信号。三个正弦波信号的幅度通过单片机采样，由液晶屏显示出来。
10MHz 方波信号发生器
分频10kHz 滤
波器
放大
30kHz 滤波器
50kHz 滤波器
放大
放大
移相移相
加法器
减法器
10MHz 方波
10kHz 方波
10kHz 正弦波
50kHz 正弦波
30kHz 正弦波
合成的方波信
号输出
合成的三角波信号输出
显示正弦信号幅度
整流滤波
单片机采
样
电源电路
＋9V ＋3.3V
－9V
＋5V
3.3V 稳压
方波信号产生模块
电源电路模块
滤波模块
放大、移相、波形合成模块
测量显示模块
图3 系统方框图
2.2 设计方案论证 2.2.1 方波信号发生器
方案一：通过反相器、外加电阻和电容来产生频率可调、占空比可调的方波信号。其优点电路简单，且有些芯片可以产生稳定的方波。
方案二：利用单片机时钟信号，通过软件编程实现输出10kHz 方波信号。实现起来相对较容易，但若没有时间做本参赛题的发挥部分，大材小用了。
综合所述，由于频率稳定直接影响信号的方波信号的分解与合成，并从实际出法，所以选择方案二。 2.2.2 滤波器
方案一：无源滤波。由无源元器（电阻、电容、电感）设计而成，电路简单，但是滤波效果不好，且产生较多的杂波。
方案二：有源滤波。由运算放大器、电阻和电容构成，无需电感器。还可提供电压增益。
由于方波信号发生器输出的信号幅度较高（5V ），从实际制作、调试方便和产生较好的滤波效果等角度考虑，所以选择方案二。 2.2.3 移相电路
方案一：有源移相电路。在移相的同时，还可以得到一定的增益，移向效果好，角度范围大。
方案二：RC 电路移相。电路简单，但每级RC 电路理论极限移相90度。
由于三个正弦波是在同一个方波信号下滤波产生的，它们之间相的位差相对较小，故选择方案一。
2.2.4 整流滤波电路
方案一：采用精密整流、滤波电路。整流、滤波效果好，可对低于二极管导通电压的信号进行整流、滤波。但电路复杂。
方案二：采用转换芯片将交流直接转换为直流，电路简单、易于制作。 由于任务要求对峰峰值为6V 、2V 、1.2V 的正弦波信号进行整流、滤波，故选择方案二。
3.系统实现
3.1 硬件电路（主要单元电路设计）
3.1.1电源电路
本设计系统共需要四种不同的直流电压，分别为+9V、-9V、+5V和+3.3V电压。为了满足电路供电要求，我们把+9V、-9V、+5V电源使用同一个电路输出，如图4（a）所示；而3.3V电压的输出使用了TI公司REG1117稳压芯片，专门为后续单片机提供电压，如图4（b）所示。
（a）±9V、＋5V电源电路（b）＋3.3V电源电路
图4 电源电路
3.1.2 方波信号产生电路
图5方波信号产生
锁相环CD4046为数字PLL，内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。它具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗高等优点，其工作频率达1MHz，内部VCO 产生50% 占空比的方波，输出电平可与TTL电平或CMOS 电平兼容。同时，它还具有相位锁定状态指示功能。
信号输入端：允许输入0.1V左右的小信号或方波，经A1放大和整形，提供满足PD 要求的方波。 PDI由异或门构成，具有三角形鉴相特性。它要求两个输入信号均为50%占空比的方波。当无输入信号时，其输出电压为VDD/2，用以确定VCO的自由振荡频率PDI 由异或门构成，具有三角形鉴相特性。
CD4046锁相环采用的是RC型压控振荡器，必须外接电容C1和电阻R1作为充放大元件。当PL对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻R2。由于VCO是一个电流控制振荡器，对定时电容C1的充电电流与从9脚输入的控制电压成正比，使VCO的振荡频率亦正比于该控制电压。当VCO控制电压为0时，其输出频率最低；当输入控制电压等于电源电压VDD时，输出频率则线性地增大到最高输出频率。VCO振荡频率的范围由R1、R2和C1决定。由于它的充电和放电都由同一个电容C1完成，故它的输出波形是对称方波。一般规定CD4046的最高频率为1.2MHz(VDD=15V），若VDD<15V，则fmax 要降低一些。
3.1.3分频电路
分频电路实现将某方波通过分频产生10KHz、30 KHz和50 KHz的新的方波。根据题意要求，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3所示，300KHz输入信号送CD4017的CLK（14pin），输出信号从CD4013的Q端送出。
图6 分频器电路
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。
3.1.4滤波电路
滤波电路的作用是从300kHz的方波信号中得到10kHz、30kHz、50kHz正弦波信号。本系统中选用有源LC带通滤波电路，如
图7带通电路
电路设计时，低通与高通滤波电路串联就可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电
路的截止频率大于高通滤波的截止频率，两者覆盖的通路就构成了带通响应。在选用元器件时，应当考虑由于元器件的误差对传递函数造成的影响；考虑到已知A1的增益=1.586，A2的增益=2.515；同时要尽量使运放同相输入端和反向输入端对地电阻相等，同相比例放大电路的电压增益就是有源低通或者高通的电压增益。
当f 0=10kHz 时，f=1/2πRC ；将高通和低通的电容都取为103 pF （为了满足运放电路的电阻不宜选择过大或者过小，一般为几千欧至几十千欧比较合适）。取低通截止为10k Ω，高通截止频率为8k Ω，R1和R17可调。图7中，R7=（A1-1）R15，取R15=4.7k Ω，R8=7.9k Ω；同理，当f 0=30kHz 时，R1=R4=5.25k Ω，R10=R17=5.73k Ω可调，C ==102 pF 。取R15=12.95k Ω,R8=15.9k Ω;同理当f 0=50kHz 时，R1=R4=3.18k Ω可调,R10=R17=24k Ω可调，C =102nF 。取R15=10k Ω,R8=10k Ω。为了取得更好的滤波效果，在每一级滤波后面加上RC 滤波电路，频率按照上面的公式计算。
3.1.5放大电路
放大电路的作用是把得到10kHz 、30kHz 、50kHz 正弦波信号的幅度进行放大，得到峰峰值为6V 、2V 、1.2V 的正弦波信号。本系统选用了TI 公司OPA227、082CD 这两种集成运放作为放大电路的核心［2］。
10kHz ，30kHz,50kHz 均采用如图8所示的电路图。由于输入信号为20mV 左右，前面加上跟随器的原因是因为跟随器的输入电阻趋于无穷大，该电路几乎不从信号源吸收电流，因此当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除负载变化对输出电压的影响。
图8调幅电路
3.1.6 移相电路
移相电路的作用是使三个正弦波信号在同一个相位叠加，我们以10kHz 正弦波信号为基准，对30kHz 、50kHz 正弦波信号进行移相。移相电路采用有源移相电路，如图12所示。
移相角φ＝C
R ω1
arctan -，最大移相角为90°。具体电路参考附总电路图。30kHz 正弦波信
号的移相电路R 取10 k Ω，C 取10p F ；50kHz 正弦波信号的移相电路R 取10 k Ω，C 取1p F 。
图12 移相电路
3.1.7 加法电路
加法电路作用是对10kHz、30kHz、50kHz三个正弦波信号进行合成方波信号，电路如图13所示，采用TI082CM。其中AV=－1，前面加上跟随器的原因是因为跟随器的输入电阻趋于无穷大，该电路几乎不从信号源吸收电流，因此当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除负载变化对输出电压的影响。U0=－（Ui1*R6/R1+Ui2*R6/R4+Ui3*R6/R5)；当R1=R4=R5=R6的时候，就是这三个信号相加，合成方波。
图13 加法电路（方波合成电路）
3.1.8 减法电路
减法电路作用是对10kHz、30kHz正弦波信号进行合成三角波信号，电路如图14所示，采用TI082CM。其中AV=－1，其他和加法合成电路一样，只是将加了一个反向器，将30k 的正弦波进行反向后才能够合成正弦波，因为三角波是由一次基波和多次谐波合成的，且每个相邻的正弦波是反向的。U0=－（Ui1*R6/R1－Ui2*R6/R4+Ui3*R6/R5);当R1=R4=R5=R6的时候，就是这三个信号相加，合成三角波。
图14 减法电路（三角波合成电路）
3.1.9 整流滤波检测电路
由于任务要求检测的信号幅度较高，故采用AD637集成有效值转换器电路，并由单片机采样、处理、显示正弦波幅度的大小，如图16所示。
图16整流滤波检测电路
3.2软件设计
3.2.1软件流程图
软件流程图如图17所示。
图17 软件流程图
3.3.2 软件程序
软件程序见附录2。
4 系统性能测试与分析
4.1 测试仪器
示波器、数字万用表 4.2 性能测试 4.2.1. 测试方法
用示波器分别测量10kHz 、30kHz 、50kHz 正弦波信号的波形、峰峰值和合成后的方波信号的三角波信号的波形、峰峰值及三个正弦波信号的频谱分析。 4.2.2测量内容
1．用示波器分别测量10kHz 方波信号的波形，如图18所示。
2．用示波器分别测量10kHz 、30kHz 、50kHz 正弦波信号的波形、峰峰值及相位关系，如图19～22所示。
图18 10kHz 方波信号 图19 10kHz 正弦波信号 图20 30kHz 正弦波信号
开始
SD16_A 初始化
数据采样
是否采集五次
数据处理取平均值
控制LCD 显示
NO
YES
图21 50kHz方波信号图22 10kHz、30kHz正弦波信号的相位比较3．用用示波器分别测量合成后的方波信号、三角波信号的波形、峰峰值，如图23、24所示
图23 合成后的方波信号图24 合成后的三角波信号
4. 对示波器对30kHz正弦信号的幅度进行测量，与峰峰值数字显示电路的值进行比较，如表1所示。
表1 正弦波信号幅度的测量
示波器测量值（V）峰峰值数字显示电路显示值（V）
6.08 6.00
2.10 2.00
1.26 1.20
4.2.3 误差分析
1.由于在万能板上进行焊接，对于频率相对比较高的信号影响较大，可能产生波形的抖动和频率的波动。
2.在元器件参数选择上也存在一定的误差，测量值与标称测量值不同或是没有我们需要的元器件，采用各式方法合成的器件。
5 总结与展望
从测量的波形、数据看，本系统基本实现了题目中的各个要求。同时，本次比赛也极大地提高了我们的实践操作能力和团队协作能力。由于时间关系，系统仍有待进一步完善，精度需要进一步提高、测量信息需要进一步扩展，三角波可增加高次谐波成分进行合成等。
附录1：电路总图
附录2：软件程序
#include
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit st=P3^0; //ADC0809端口定义
sbit eoc=P3^2;
sbit oe=P3^1;
//sbit dabc=P1^4;
sbit ale=P3^7;
sbit key0=P2^0;
sbit key1=P2^1;
sbit key2=P2^2;
sbit key3=P2^3;
sbit LCD_RS=P3^3; //数据/命令选择端（H/L）
sbit LCD_RW=P3^4; //读/写选择端（H/L）
sbit LCD_PSB=P3^6; //并/串选择（H/L）
uchar ad_0809;
uint ad_data,ad_data1,ad_data2,ad_data3;
//uchar number=0;
uchar code dis0[]={"幅值测量:(V)"};
uchar code dis1[]={"1:频率[10KHZ]"};
uchar code dis2[]={"2:频率[30KHZ]"};
uchar code dis3[]={"3:频率[50KHZ]"};
uchar code dis4[]={"幅值:"};
uchar code dis5[]={"[10KHZ]"};
uchar code dis6[]={"[30KHZ]"};
uchar code dis7[]={"[50KHZ]"};
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
/*******************12864*******************/
/*************写指令数据到LCD************/ //RS=L,RW=L,E=高脉冲，D0-D7=数据
void write_cmd(uchar cmd)
{
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_EN=0;
P1=cmd;
delay(5);
LCD_EN=1;
delay(5);
LCD_EN=0;
}
/*************写显示数据到LCD************/ //RS=H,RW=L,E=高脉冲，D0-D7=数据
void write_dat(uchar dat)
{
LCD_RS=1;
LCD_RW=0;
LCD_EN=0;
P1=dat;
LCD_EN=1;
delay(5);
LCD_EN=0;
}
uchar read_date() //读数据
{
uint readvalue;
P1=0xff;
LCD_RS=1;
LCD_RW=1;
LCD_EN=0;
LCD_EN=1;
readvalue=P1;
delay(1);
LCD_EN=0;
return readvalue;
}
void lcd_set_dot(unsigned char x, unsigned char y)
{
uchar x_byte, x_bit; //在横坐标的哪一个字节，哪一个位
uchar y_byte, y_bit; //在纵坐标的哪一个字节，哪一个位
uchar tmph,tmpl;
x_byte = x / 16; //算出它在哪一个字节(地址).注意一个地址是16 位的
x_bit = x % 16; //(取模)算出它在哪一个位
y_byte = y /32; //y 是没在哪个字节这个说法.这里只是确定它在上半屏(32 行为一屏)还是下半屏.0:上半屏1:下半屏
y_bit = y % 32; //y_bit 确定它是在第几行
write_cmd(0x34); //打开扩展指令集.绘图显示关闭
write_cmd(0x80 + y_bit); //先写垂直地址
write_cmd(0x80 + x_byte + 8 * y_byte); //水平坐标.下半屏的水平坐标起始地址为0x88.(+8*y_byte)就是用来确定在上半屏还是下半屏
read_date(); //先空读一次
tmph=read_date(); //读高位
tmpl=read_date();
write_cmd(0x80+y_bit); //读操作会改变AC，所以重新设置一次
write_cmd(0x80+x_byte+8*y_byte);
if(x_bit < 8) //如果x_bit 位数小于8
{
write_dat(tmph|0x01 << (7 - x_bit));//写高字节。因为坐标是从左向右的.而GDRAM 高位在左，低位在右
write_dat(tmpl); //原数据送回
}
{
write_dat(tmph); //原数据送回
write_dat(tmpl|0x01 << (15 - x_bit));
}
write_cmd(0x36); //打开绘图显示
write_cmd(0x30); //回到基本指令集,毕竟ST7920是以字符为主的
}
void lcd_displayclr() //使用图形模式时，应对所有GDRAM 写0x00 才算清屏，清屏命令（write_cmd(0x01)）是对使用自带字库显示时用的
{
uchar i, j, k ;
write_cmd(0x34); //打开扩展指令集，绘图显示关
write_cmd(0x36); //打开扩展指令集，绘图显示开
for( i = 0 ; i < 2 ; i++ ) //分上下两屏写
{
for( j = 0 ; j < 32 ; j++ )
{
write_cmd( 0x80 + j ) ; //写Y 坐标
delay(1);
if( i == 0 ) //写X 坐标
{
write_cmd( 0x80 ) ;
delay(1);
}
else //写下半屏
{
write_cmd( 0x88 ) ;
delay(1);
}
for( k = 0 ; k < 16 ; k++ ) //写一整行数据
{
write_dat(0x00) ;
delay(1);
}
}
}
write_cmd( 0x30 ) ; //关闭扩展指令集
}
void lcd_init()
{
LCD_PSB=1; //并口方式
delay(5);
write_cmd(0x0c); //显示开，关光标
delay(5);
write_cmd(0x01); //清除LCD的显示内容
delay(5);
}
void fsin1()
{
float x,y;
uchar x1,y1;
for(x=0;x<(4*3.1415);x+=0.1)
{
y=2*sin(x);
x1=10*x;
y1=31-(10*y+0.5); //对y值进行四舍五入lcd_set_dot(x1,y1+10);
}
}
void fsin2()
{
float x,y;
uchar x1,y1;
for(x=0;x<(4*3.1415);x+=0.1)
{
y=1*sin(3*x);
x1=10*x;
y1=31-(10*y+0.5); //对y值进行四舍五入lcd_set_dot(x1,y1+10);
}
}
void fsin3()
{
float x,y;
uchar x1,y1;
for(x=0;x<(4*3.1415);x+=0.1)
{
y=0.5*sin(5*x);
x1=10*x;
y1=31-(10*y+0.5); //对y值进行四舍五入lcd_set_dot(x1,y1+10);
}
}
void ad0809()
{
ale=1;
ale=0;
oe=0; //以下三条指令为起动AD0809
st=0;
delay(2);
st=1;
st=0;
while(eoc==0); //等待转换结束
oe=1; //取出读得的数据
ad_0809=P0;
oe=0;
}
void display1()
{
uint i;
write_cmd(0x80);
i=0;
while(dis0[i]!='\0')
{
write_dat(dis0[i]); //显示字符
i++;
}
write_cmd(0x90+1);
i=0;
while(dis1[i]!='\0')
{
write_dat(dis1[i]); //显示字符
i++;
}
write_cmd(0x88+1);
i=0;
while(dis2[i]!='\0')
{
write_dat(dis2[i]); //显示字符
i++;
}
write_cmd(0x98+1);
i=0;
while(dis3[i]!='\0')
{
write_dat(dis3[i]); //显示字符
i++;
}
void display2()
{
uchar t=0;
ad_data=ad_0809*(5100/255)*2; //三位
ad_data=ad_data*14/10;
ad_data1=ad_data/1000; //百位
ad_data2=(ad_data/100)%10; //十位
ad_data3=(ad_data/10)%10; //个位
write_cmd(0x80);
while(dis4[t]!='\0')
{
write_dat(dis4[t]); //显示字符
t++;
}
write_dat(ad_data1+0x30);
delay(10);
write_dat('.');
delay(10);
write_dat(ad_data2+0x30);
delay(10);
write_dat(ad_data3+0x30);
delay(10);
}
/**************************************************************/
/***********************按键检测********************************/ void keyscan()
{
uchar tt=0;
if(!key0) //判断按键是否按下
{
delay(20); //延时判误
if(!key0) //再一次判断按键是否按下
{
while(!key0); //等待为高电平
write_cmd(0x01);
// lcd_displayclr();
delay(10);
display1();
}
}
if(!key1) //判断按键是否按下
{
if(!key1) //再一次判断按键是否按下{
while(!key1); //等待为高电平
write_cmd(0x01);
lcd_displayclr();
delay(10);
display2();
while(dis5[tt]!='\0')
{
write_dat(dis5[tt]); //显示字符
tt++;
}
fsin1();
}
}
if(!key2) //判断按键是否按下
{
delay(20); //延时判误
if(!key2) //再一次判断按键是否按下{
while(!key2); //等待为高电平
write_cmd(0x01);
lcd_displayclr();
delay(10);
display2();
while(dis6[tt]!='\0')
{
write_dat(dis6[tt]); //显示字符
tt++;
}
fsin2();
}
}
if(!key3) //判断按键是否按下
{
delay(20); //延时判误
if(!key3) //再一次判断按键是否按下{
while(!key3); //等待为高电平
write_cmd(0x01);
lcd_displayclr();
delay(10);
display2();
while(dis7[tt]!='\0')
{
tt++;
}
fsin3();
}
}
}
/*********************主函数*************************/
void main()
{
// dabc=1;
lcd_init();
// lcd_displayclr();
// delay(10);
display1();
while(1)
{
ad0809(); //调AD0809 启动子程序
keyscan();
}
}
附录3：各正弦波信号频谱分析图
附录图A 10kHz正弦信号频谱分析图附录图B 10kHz正弦信号频谱分析图附录
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）。
SHANGHAI UNIVERSITY 课程论文 COURSE PAPER 学院机电工程与自动化学院学号16721828 学生姓名石成章 课程信号处理
基于ZigBee技术的智能照明系统设计 石成章16721828 （上海大学机自学院控制工程） 摘要：本文设计了基于ZigBee无线传感器网络技术的智能照明系统。该系统由若干智能灯光节点以自组网的形式组成，通过感知外部光强信息的变化情况，能够自适应的调节灯光节点的亮度，并可以通过PC上的数据中心对灯光节点进行智能控制。 关键词：ZigBee技术；MSP430F2618单片机； Design of Intelligent Lighting System Based on ZigBee Technology Shi Chengzhang 16721828 Abstract:This paper designs an intelligent lighting system based on ZigBee wireless sensor network technology. The system is composed of several intelligent lighting nodes in the form of self-organizing network. By sensing the change of external light intensity information, the system can adjust the brightness of the lighting node adaptively and can intelligently control the lighting nodes through the data center on the PC. Key words:ZigBee technology; MSP430F2618 microcontroller 1背景介绍 随着科技的飞速发展和生活水平的不断提高，人们对于家居生活的现代化、节能化和舒适化的需求越来越强烈，家庭自动化[1]的概念也为人们所熟知。智能照明系统作为家庭自动化的应用之一，具有广阔的应用前景。传统的照明系统往往采用有线连接，具有布线麻烦、增减设备需要重新布线、系统可扩展性差、安装和维护成本高以及移动性能差等缺点[2]，且往往采用人工控制的方法或使用节能灯具来实现节能，不能根据室外光强自适应地调整灯具的发光亮度，从而达不到高效节能的目的。 针对传统照明系统的不足，一方面可以考虑采用无线连接的形式取代传统的有线连接。ZigBee技术[3]作为新兴的近距离无线通信技术之一，具有近距离、低速率、低功耗、且极廉价的市场定位，非常适合在照明系统中应用;另一方面可以使用先进的微处理电子技术，对灯具的亮度变化进行自适应调节。当室外光强较强时，室内灯具亮度自动调暗，室外光强较弱时，室内灯具亮度自动调亮，从而达到高效节能的目的。 2 zigbee技术简介 2.1 Zigbee技术 ZigBee是基于IEEE 802. 15. 4的无线通信协议，它是一种短距离、低功耗协议，专
教学实验报告 电子信息学院_____ 专业通信工程2011年月19_日 实验名称wav信号的波形分析与合成指导教师_________ 姓名年级学号一成绩 ________ 预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备（含必要的元器件、工具）
部分组成： 1 ?声音的采集 Matlab 提供了读入、录制和播放声音以及快速傅里叶变换的函数，分别是 wavread 、wavrecord 、wavplay 和fft 。阅读这几个函数的帮助文档，熟练使用。 2. 持续音的频谱分析 将Windows 的系统目录下的ding.wav 文件读入，这是一个双声道的声音， 选择任一声道的信号，使用fft 求取其频谱，并用plot 显示它的幅度谱， 观察主要的正弦分量； 参考代码： %% [y,fs]=wavread( 'di ng.wav' ) fs len g=le ngth(y) %取其中的一个声道，譬如说，右声道(左声道的格式 yr=y(:,2); %截取前1024个点 yr=yr(1:1024); %求取幅度普并显示，首先是 fs=2048 YR2048=fft(yr,2048); figure( 'numbertitle' , 'off' ，‘name' subplot(2,1,1) plot(li nspace(-pi,pi,2048),abs(YR2048)) title( 'FFT 的幅频特性') subplot(2,1,2) plot(li nspace(-pi,pi,2048),fftshift(abs(YR2048))) title( 'FFT 后幅频特性的 fftshift' ) %fs=1024 YR1024=fft(yr,1024); figure( 'numbertitle' , 'off' ，‘name' subplot(2,1,1) plot(li nspace(-pi,pi,1024),abs(YR1024)) title( 'FFT 的幅频特性') subplot(2,1,2) plot(li nspace(-pi,pi,1024),fftshift(abs(YR1024))) FFTSHIFT title( 'FFT 后幅频特性的 fftshift' ) ,'2048 ,'1024 yr=y(:,1) ) 点 FFT'); %FFT 的幅频特性 %FFT 的幅频特性FFTSHIFT 点 FFT'); %FFT 的幅频特性 %FFT 的幅频特性的
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
南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 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 p-p =6V，正弦波U p-p>1V。 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），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。 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。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 应接近晶体管的截止电压值。 m 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。 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。 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
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
沈阳航空航天大学 课程设计 （论文） 题目基于labVIEW的任意波形发生器设计 班级 34070102 学号 2013040701060 学生姓名余洪伟 指导教师于明月
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称虚拟仪器课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级34070102 学号2013040701060 姓名余洪伟 课程设计题目基于LabVIEW的任意波形发生器设计 课程设计时间: 2016 年7 月4 日至2016 年7 月15 日课程设计的内容及要求： 1. 内容 任意波形发生器是仿真实验的最佳仪器，任意波形发生器是信号源的一种，它具有信号源所有的特点。基于此，利用LabVIEW 设计一个任意波形发生器。 2. 要求 （1）可以产生三种以上波形（如正弦、锯齿、方波、三角波等），波形的幅值及频率可以调节； （2）可以实现不同波形的转换并显示； （3）可以实现波形数据的存储及回放； （4）虚拟仪器前面板的设计美观大方、操作方便。 指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (1) 2.程序流程图 (2) 3. 程序框图设计 (3) 3.1波形的产生及参数的设计 (3) 3.1.1 正弦波 (3) 3.1.2方波 (4) 3.1.3锯齿波 (4) 3.1.4三角波 (5) 3.1.5公式波形 (6) 3.2波行转换设计 (6) 3.3噪声波形实现 (7) 3.4波形的存储与回放 (8) 4. 前面板的设计 (9) 5.调试过程与结果显示 (10) 5.1波形的调试 (10) 5.1.1 正弦波的工作过程及波形验证 (10) 5.1.2 方波的工作过程及波形验证 (11) 5.1.3 三角波的工作过程及波形验证 (12) 5.1.4 锯齿波的工作过程及波形验证 (12) 5.1.5 公式波形的工作过程及波形验证 (13) 5.2 波形的存储与回放 (14)
MATLAB程序设计(论文) 基于MATLAB实现语音信号的去噪 院（系）名称电子与信息工程学院 专业班级通信工程 学号 学生姓名 任课教师
论文任务
摘要 滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR 滤波器是滤波器设计的重要组成部分。利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB 作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MATLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。 关键词数字滤波器 MATLAB 窗函数法巴特沃斯切比雪夫双线性变换
目录 第1章绪论 (1) 1.1数字信号处理的意义 (1) 1.2语音去噪设计要求 (2) 第2章语音去噪方案设计 (3) 2.1语音去噪的应用意义 (3) 2.2 语音去噪设计框图 (3) 2.3设计原理 (4) 第3章程序分析 (5) 3.1 语音去噪采样过程 (5) 3.2 语音去噪方案 (6) 第 4 章总结 (8) 参考文献 (9) 附录 (10)
第1章绪论 1.1数字信号处理的意义 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应( FIR，Finite Impulse Response)滤波器和无限冲激响应( IIR，Infinite Impulse Response)滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统），因而只能用较高的阶数达到高的选择性。FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低，但是线性相位，就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。FIR 数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。FIR滤波器因具有系统稳定，易实现相位控制，允许设计多通带（或多阻带）滤波器等优点收到人们的青睐。 IIR滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。同时，IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。 滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。随着MATLAB软
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........................
目录 第一章单片机开发板 (1) 1.1 开发板制作 (1) 1.1.1 89S52单片机简介 (1) 1.1.2 开发板介绍 (2) 1.1.3 89S52的实验程序举例 (3) 1.２开发板焊接与应用 (4) 1.2.1开发板的焊接 (4) 1.2.2开发板的应用 (5) 第二章函数信号发生器 (7) 2.1电路设计 (7) 2.1.1电路原理介绍 (7) 2.1.2 DAC0832的工作方式 (9) 2.2 波形发生器电路图与程序 (10) 2.2.1应用电路图 (10) 2.2.2实验程序 (11) 2.2.3 调试结果 (15) 第三章参观体会 (16) 第四章实习体会 (17) 参考文献 (18)
第一章单片机开发板 1.1 开发板制作 1.1.1 89S52单片机简介 图1.1 89s52 引脚图 如果按功能划分，它由8个部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EP ROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SF R）的集中控制方式。 各功能部件的介绍： 1）数据存储器（RAM）：片内为128个字节单元，片外最多可扩展至64K字节。 2）程序存储器（ROM/EPROM）：ROM为4K，片外最多可扩展至64K。 3）中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。 4）定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 5）串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。 6）特殊功能寄存器（SFR）共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、监控、监视。 7）微处理器：为8位CPU，且内含一个1位CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。 8）四个8位双向并行的I/O端口，每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。这四个端口的功能不完全相同。 A、P0口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/数据总线使用； B、P1口是一个准双向并行口，作通用并行I/O口使用； C、 P2口除了可作为通用I/O使用外，还可在CPU访问外部存储器时作高八位地址线使用； D、P3口是一个多功能口除具有准双向I/O功能外，还具有第二功能。 控制引脚介绍： 1）电源：单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。 2）时钟引脚XTAL1、XTAL2时钟引脚外接晶体与片内反相放大器构成了振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，
题目：基于DSP的FFT程序设计的研究 作者届别 系别专业 指导老师职称 完成时间2013.06
内容摘要 快速傅里叶变(Fas Fourier Tranformation，FFT)是将一个大点数N的DFT分解为若干小点的D F T的组合。将用运算工作量明显降低，从而大大提高离散傅里叶变换(D F T) 的计算速度。因各个科学技术领域广泛的使用了FFT 技术它大大推动了信号处理技术的进步，现已成为数字信号处理强有力的工具，本论文将比较全面的叙述各种快速傅里叶变换算法原理、特点，并完成了基于MATLAB的实现。 关键词：频谱分析；数字信号处理；MATLAB；DSP281x
引言： 1965年，库利（J.W.Cooley）和图基（J.W.Tukey）在《计算数学》杂志上发表了“机器计算傅立叶级数的一种算法”的文章，这是一篇关于计算DFT的一种快速有效的计算方法的文章。它的思路建立在对DFT运算内在规律的认识之上。这篇文章的发表使DFT的计算量大大减少，并导致了许多计算方法的发现。这些算法统称为快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform），简称FFT，1984年，法国的杜哈梅尔（P.Dohamel）和霍尔曼（H.Hollmann）提出的分裂基快速算法，使运算效率进一步提高。FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的发现，但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换，可以说是进了一大步。 随着科学的进步，FFT算法的重要意义已经远远超过傅里叶分析本身的应用。FFT算法之所以快速，其根本原因在于原始变化矩阵的多余行，此特性也适用于傅里叶变换外的其他一些正交变换，例如，快速沃尔什变换、数论变换等等。在FFT的影响下，人们对于广义的快速正交变换进行了深入研究，使各种快速变换在数字信号处理中占据了重要地位。因此说FFT对数字信号处理技术的发展起了重大推动作用。 信号处理中和频谱分析最为密切的理论基础是傅立叶变换(Fouriertransform，FT)。快速傅立叶变换(FFT)和数字滤波是数字信号处理的基本内容。信号时域采样理论实现了信号时域的离散化，而离散傅里叶变换理论实现了频域离散化，因而开辟了数字技术在频域处理信号的新途径，推进了信号的频谱分析技术向更广的领域发展。 1.信号的频谱分析 如果信号频域是离散的，则信号在时域就表现为周期性的时间函数；相反信号在时域上是离散的，则该信号在频域必然表现为周期的频率函数。不难设想，一个离散周期序列，它一定具有既是周期又是离散的频谱。有限长序列的离散傅里叶变换和周期序列的离散傅里叶级数本质是一样的。因而有限长序列的离散傅里叶变换的定义为：x(n)和X(k)是一个有限长序列的离散傅里叶变换对。
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））
实验二 波形合成与分解 1.实验目的 在理论学习的基础上，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，加深对傅里叶变换性质和作用的理解。 2.实验原理 根据傅里叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数)}cos();{sin(00t n t n ωω的组合表示，即： )2sin()2cos()sin()cos()(020201010t b t a t b t a a t x ωωωω++++= 即可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。 3.实验内容 （1） 方波的合成 图示方波是一个奇谐信号，由傅里叶级数可知，它是由无穷个奇次谐波分量 合成的，本实验用图形的方式来表示它的合成。方波信号可以分解为: ,9,7,5,3,1,1)2sin(2)(10=?=∑∞ =n n t nf A t x n ππ 用前5项谐波近似合成50Hz,幅值为3的方波，写出实验步骤。 a.只考察从 0=t s 到10=t s 这段时间内的信号。 b.画出基波分量)sin()(t t y =。 c.将三次谐波加到基波之上，并画出结果，并显示。 3/)*3sin()sin()(t t t y += d.再将一次、三次、五次、七次和九次谐波加在一起。 9/)*9sin(7/)*7sin(5/)*5sin(3/)*3sin()sin()(t t t t t t y ++++= e.合并从基波到十九次谐波的各奇次谐波分量。 f.将上述波形分别画在一幅图中，可以看出它们逼近方波的过程。注意“吉布斯现象”。周期信号傅里叶级数在信号的连续点收于该信号，在不连续点收敛于信号左右极限的平均值。如果我们用周期信号傅里叶级数的部分和来近似周期信号，在不连续点附近将会出现起伏和超量。在实际中，如果应用这种近似，就应该选择足够大的N ，以保证这些起伏拥有的能量可以忽略。 (2) 设计谐波合成三角波的实验，写出实验步骤，并完成实验。
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
语音信号处理系统设计 摘要：语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科。语音信号处理的目的是得到某些参数以便高效传输或存储,或者是用于某种应用，如人工合成出语音、辨识出讲话者、识别出讲话内容、进行语音增强等。本文简要介绍了语音信号采集与分析以及语音信号的特征、采集与分析方法，并在采集语音信号后，在MATLAB 软件平台上进行频谱分析,并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。利用MATLAB来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量，再将该向量看作一个普通的信号，对其进行FFT变换实现频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波，然后我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。 关键词：Matlab，语音信号，傅里叶变换，滤波器 1课程设计的目的和意义 本设计课题主要研究语音信号初步分析的软件实现方法、滤波器的设计及应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： 1.1．了解Matlab软件的特点和使用方法。 1.2．掌握利用Matlab分析信号和系统的时域、频域特性的方法； 1.3．掌握数字滤波器的设计方法及应用。 1.4．了解语音信号的特性及分析方法。 1.5．通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 2 设计任务及技术指标 设计一个简单的语音信号分析系统，实现对语音信号时域波形显示、进行频谱分析，
利用滤波器滤除噪声、对语音信号的参数进行提取分析等功能。采用Matlab设计语言信号分析相关程序，并且利用GUI设计图形用户界面。具体任务是： 2.1．采集语音信号。 2.2．对原始语音信号加入干扰噪声，对原始语音信号及带噪语音信号进行时频域分析。 2.3．针对语音信号频谱及噪声频率，设计合适的数字滤波器滤除噪声。 2.4．对噪声滤除前后的语音进行时频域分析。 2.5.对语音信号进行重采样，回放并与原始信号进行比较。 2.6．对语音信号部分时域参数进行提取。 2.7．设计图形用户界面（包含以上功能）。 3 设计方案论证 3.1语音信号的采集 使用电脑的声卡设备采集一段语音信号，并将其保存在电脑中。 3.2语音信号的处理 语音信号的处理主要包括信号的提取播放、信号的重采样、信号加入噪声、信号的傅里叶变换和滤波等，以及GUI图形用户界面设计。 Ⅰ.语音信号的时域分析 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法。 Ⅱ.语音信号的频域分析 信号的傅立叶表示在信号的分析与处理中起着重要的作用。因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅立叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。另外，傅立叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更