电子电路课程设计报告----
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信号波形合成实验电路设计报告
计算机学院
计算机科学与技术系
学号:B08030403
姓名:李佑娟
信号波形合成实验电路
目录
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 方波震荡器电路设计
2 分频电路设计
3 滤波电路设计
4 移相和加法电路设计
5 整体电路图
6 整体元件清单
第四章测试与调整
1 方波振荡电路调测
2 分频电路调测
3 滤波电路调测
4 移相和加法电路调测
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 方波振荡器产生方波
2.2 由CPLD编程实现分频和移相电路
2.3 通过滤波电路才能产生比较干净稳定的正弦波
2.4 方波通过分频和滤波后,再通过限幅电路,将10kHz、30kHz以及50kHz
的正弦波的峰峰值分别调整为6V、2V和1.2V。
2.5 最后通过一个加法电路,将10kHz和30kHz的波形合成,由移相电路调
整使波形如图1为止;再将10kHz、30kHz和50kHz三路波形通过加法电路合成,
同上调整,最终波形如图2。
图2 基波、三次谐波和五次谐波合成的方波
2.6 该系统整体结构
第二章整体方案设计
1 方案设计
该系统设计可以分为五部分:方波振荡器、分频器、滤波器、移相器和加法器。
1.1 方波振荡器:可采用硅振荡器,其可产生高频方波;
1.2 分频器:该部分可在CPLD上编程实现,分频可采用扭环计数器,最终得到10kHz、30kHz和50kHz的方波;
1.3 滤波器:通过软件设计得到滤波电路,共有三个滤波电路,注意滤波电路中的电阻的精度应该尽量高,这样才能将波滤的更干净;
1.4 移相器和加法器:移相器由D触发器组成,加法器的输入端用电位器以方便波形调幅。
2 整体方案框图
第三章单元电路设计
1 方波振荡器电路设计
方波直接由一个硅晶体振荡器产生,此次实验中采用的是产生6MHz方波的硅晶体振荡器。硅晶振的频率稳定度很高,这是在此次实验中选取硅晶振作为方波振荡器的一个很重要的原因。
2 分频电路设计
现在输入信号是6MHz的方波信号,要同时得到10kHz、30kHz和50kHz的方波信号,我们可以用CPLD模拟,对12MHz的方波进行逐级分频。经过不断的试验,最终我们选取了一个较为合理的分频步骤以及中间采用的电路设计如下:
先通过模拟观察分频信号,再通过示波器测量每一个方波的频率,以验证电路的准确性。
3 滤波电路设计
滤波电路可直接用FilterPro Desktop软件得到,10kHz、30kHz和50kHz 的滤波电路如下所示。
图3 10kHz方波对应的滤波器
图4 30kHz方波对应的滤波器
图5 50kHz方波对应的滤波器
三个带通滤波器用软件实现的方法一致,基本参数的设定方法也是一致的,其参数设定原理如下:
带通滤波器电路图如上所示,根据图6可导出带通滤波器的传递函数为
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则得
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000200200++=++=w Q s w s w Q s A w Q w s s Q w s A s A
式(5)为二阶带通滤波器传递函数的典型表达式,其中0w 成为中心角频率。
令jw s =
,代入式(4),可得带通滤波器的频率响应特性为
·
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·/()/(1)
·/(·)(w Q jw w w w Q jw A jw A u +-=•
归一化的对数幅度响应为
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20+--=•
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带通滤波器的通频带宽度为Q f Q w BW /)2/(7.0·
00==π,这样将通频带宽度BW 和Q 值确定,并结合以上)7()1(→式,便可算出滤波器各参数值。
4 移相和加法电路设计
采用D 触发器使脉冲延迟的方法实现移相,因为用D 触发器实现,方法简单,对我们现在的知识水平可以独立完成,而且电路也很简单,实现效果较好。
加法电路采用我们已修的模拟电子书籍上的反向加法器,但在这里,输入电阻采用电位器,以方便调整波形的幅度;反馈电阻不要取的太大,这次设计中我们选取的是20Ωk 的电阻;而异相断直接接地。
图7 加法电路