信号波形合成实验报告之欧阳家百创编

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

and 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 circuit

74HC164 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-shiftingcircuit

1.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。

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必要的信号转换，分别产生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后产生目标信号为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，合成后产生目标信号为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：

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）产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 可以直接产生调频信号（FM），虽然结合FPGA 可以完成调频信号的输出，但是数控振荡器（NCO）的平台搭建需要时间。

方案二：采用非门与晶振组合成形成正反馈电路产生正反振荡，其中采用的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。故电路表现为只有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)，动态功耗小的特点。产生的方波信号频率满足设计需要，并且波形理想。故本设计采用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：采用单片机与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大大提高。另编程简单容易实现，且容易实现并可以产生固定频率的波形，并省去分频电路，是电路简化。但是FPGA 平台的搭建占用时间太长，不利于实现。

方案二：分频电路采用逻辑元件74164、7474、7404搭建而成。电路如下图所示：振荡电路所产生的频率为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，得到频率为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74164六分频得到10KHz 的信号分频电路如下图所示。