全国大学生电子设计大赛实验报告

目录

1 作品简介..............................................................................................................................................

1.1设计目标....................................................................................................................................

1.2要求及指标................................................................................................................................

1.2.1 基本要求...........................................................

2 方案设计..............................................................................................................................................

2.1 系统分析及整体方案...............................................................................................................

2.2 各模块的设计及功能实现.......................................................................................................

2.2.1 波形产生模块.......................................................

2.2.2方波分频模块.......................................................

2.2.3方波滤正弦波模块...................................................

2.2.4 波形合成模块......................................................

信号波合成实验报告

指导老师：

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，波形滤波模块，波形移相，波形合成模块、测量显示模块等。通过方波振荡器电路产生分别产生150MHz的波形，利用分频器分频出10kHz、30kHz 正弦波信号，然后对两个正弦波信号进行滤波，在进行幅度调制，然后加到加法器中合成方波信号。两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，滤波，移相，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

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 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()???

??+++=

...7sin 715sin 513sin 31sin 4t t t t U u m t ωωωωπ，本作品根据这一理论原理制作而成。

主要思路上是产生分别产生10K 30K 的方波，然后分别通过滤波器提取出它的基波，然后再通过加法器生成方波。

总体设计框图

系统框图如图所示，由电源模块，分频、滤波和移相及正弦波生成模块，正弦 波模块和显示模块构成。

Fs待测信号

图3 总体设计图

2.2 各模块的设计及功能实现

2.2.1 波形产生模块

题目要求产生频率为

10KHz、30KHz 的正弦波信号，我们用555方波振荡电路，输出稳定的10KHz、

30KHz方波。

2.2.2 方波分频模块

此图得出的是五分频，即是30KHz的方波。即同样道理经对30KHz进行三分频得到10KHz的方波。

2.2.3方波滤正弦波模块

工作原理：二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。二阶有源低通滤波基础电路它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信90o号频率 f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低

实际电路图如下：

图5 滤波电路

通过对方波信号频谱的分析以及MATLAB仿真可知，6V、10kHz的正弦波信号和2V、30kHz的正弦波信号在相位一致时，能够合成所需要的波形信号。由于前端对两路信号进行了滤波，造成了相位偏移，故需通过移相电路使得两路信号相位一致，本设计采用电路简单的RC电路，设定合适的电容和变阻值,能够满足设计需要。见图6所示

图6 移相电路

2.2.5 波形合成模块

波形合成采用加法电路，作用是对10kHz、30kHz两个正弦波信号进行合成方波信号，

-15V 图6 正弦波合成

附实验图片数张：如下

10K和30K波形合成效果

总体连接图

移相电路

150KHz方波

30k滤波效果

10K滤波效果

3 体会新得

首先此次的竞赛让我们增长了见识，不仅对仿真电路有力初步的了解同时对单片机的运作功能有了深刻的认识。在熟悉各个集成芯片的功能的同时还知道了电路合成的线路布图，以及在仿真中出现的波形不稳和波形瑕疵等问题进行了处理。竞赛使我们对本专业的研究领域产生了浓厚的兴趣，提高了动手能力，将软件和实物结合到一起。在准备工作中三个队友都是互相帮助，团结合作，有很好的默契精神。在电子竞赛中，我们收获了患难与共的珍贵友谊。短短的几天的培训很多体悟，丰富了我们的大学生活，也为我们执著的精神建起了桥梁，通向成功的彼岸。

材料清单

参考文献

[1]余孟尝数字电子技术基础。三版。北京：高等教育出版社，1998

[2]清华大学电子电子教研组杨素行主编。模拟电子技术基础。北京：高等教育出版社。2001

[3]倪叶杰常熟理工学院文摘。江苏：常数大学教育出版社。1997