方波信号合成电路word版.docx
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方波信号合成电路word版
题目方波信号合成电路的
摘要
本文根据傅里叶级数展开方法,将正弦波转换成为各频率的方波。
首先,通过方波产生电路、分频电路、滤波电路获取所需频率的正弦波;再通过反相、调相、调幅电路得到需要的基波、3次谐波、5次谐波。
最后将三路信号经加法电路将正弦波合称为方波。
与其他方法相比具有成本廉价、可靠性高等优点。
关键词:
波形合成器、傅里叶、方波、正弦波、滤波、调相、调幅。
单元一:
总体框图设计……………………………………………….1
单元二:
方波振荡电路设计………………………………………….2
单元三:
方波振荡电路制作………………………………………….3
单元四:
分频器的设计与制作……………………………………….4
单元五:
滤波电路的制作…………………………………………….5
单元六:
相位调整电路的制作……………………………………….6
单元七:
幅度调整电路的设计与制作……………………………….7
单元八:
总调………………………………………………………….8
单元九:
参考文献………………………………………………………9
单元一:
总体框图设计
一:
项目总体方案分析
(1)总体方案图
基波:
4KHZ
3次基波:
12KHZ
5次基波:
20KHZ
(2)采用120khz方波分频:
二:
方案分析
(1)方波产生电路
方案一:
用555定时器构成多谐震荡器,占空比可调节(10%~90%),适合产生中低频。
方案二:
用运放产生方波信号,若选用TLC083芯片,压摆率可达19V/us,带宽为10MHZ。
可实现可调震荡。
经分析,本系统采用方案二。
(2)分频器
方案一:
采用可编程逻辑控制器。
方案二:
采用74LS161对120KHZ方波信号进行分频,可得占空比为50%的12KHZ、20KHZ信号,其电路简单,成本低。
经分析,本系统采用方案二。
(3)滤波电路
方案一:
采用RC滤波,有源滤波电路。
方案二:
TLC04芯片,四阶低通滤波。
经分析,本系统采用方案二。
(4)求和电路:
用反向求和电路,不用同向求和电路。
单元二:
方波振荡电路设计
(1)555定时器,构成震荡电路,只能产生中低频信号。
当T充=T放时,输出方波。
T=T充+T放=0.7(RA+RB)C
f=1/T=1/0.7(RA+RB)C=1190
(2)由运放构成方波振荡电路(迟滞比较器)
(1)选择合适的R1,生成1KHZ的方波信号。
(2)改变R1的值,增大输出信号的频率。
单元三:
方波振荡电路制作
一、确定元件参数
f=120kHZf=1/2.2RCC=0.1ufR?
→R=37.8k
二、元件清单
TLC0831片
100K电阻2只
CD401061片
1042只
10uf(储能)2只
10k(电位器)1只
102(电容)1只
三、电路原理图。
单元四:
分频器的设计与制作
一、74LS161介绍
四位二进制可预置的同步加法计数器
RD:
异步负数端CP:
时钟
P0~P3:
四个数据输入端
CEP/CET:
记数始能端
Q0~Q3:
数据输出端
TC:
进位输出端
CP
PE
RD
CEP
CET
Q
×
×
L
×
×
全为L
↑
L
H
×
×
预置数据
↑
H
H
H
H
记数
×
H
H
L
×
保持
×
H
H
×
L
保持
(1)当RD=0时,输出全为低电平。
异步清零,当RD=0,Q3Q2Q1Q0=0000
(2)同步置数
PE=0RD=1,且CP端有上升沿时,将P0~P3的数据送到Q0~Q3上输出。
(3)记数
PE=RD=CEP=CET=1,且有上升沿。
(4)保持
只要CEP、CET有一个为低电平。
二、分频
若为n分频,输出信号的一个周期包含n个CP
三、分频器设计:
6分频、10分频、30分频。
(1)6分频器
输出的一个周期包含6个CP时钟周期,且高低电平各占3个。
方案:
将Q3作为输出
当Q3Q2Q1Q0=0000时,通过置数功能,使Q3Q2Q1Q0=0110
当Q3Q2Q1Q0=1000时,通过置数功能,使Q3Q2Q1Q0=1110
PE=Q2/Q1P3~P0=Q3110RD=CEP=CET=1
(2)10分频器
将Q3作为输出
Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0=0100
Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0=1100
其电路连接图如下:
(3)30分频器
方案①5*62片74LS161
方案②10*32片74LS161
方案③15*21片74LS161,一片74LS74
以上三个方案中选择方案③,其电路图如下:
单元五:
滤波电路的制作
一、设计任务
4K(方波)→4K(正弦)
12K(方波)→12K(正弦)
20K(方波)→20K(正弦)
设计三个低通滤波器,截止频率分别为4K、12K、20K。
二、TLC04
(1)时钟频率:
截止频率=50:
1,因此需要200K、1M的时钟。
(2)截止频率:
0.1H~30KHZ
(3)供电:
+-2.5v~+-6v
(4)封装(DIP-8)
CLKIN:
CMOS时钟
CLKR:
TTL时钟
LS:
电平选择(LS=1CMOS电平;LS=0TTL电平)
单元六:
相位调整电路的制作
一、理论分析
f(t)=4/πsinωt
f3(t)=4/π*1/3*sin3ωt
f5(t)=4/π*1/5*sin5ωt
当t=0时,f(t)=f3(t)=f5(t)=0
当t=2π时,f(t)=f3(t)=f5(t)=0
基波的一个周期与3次谐波的3个周期及5次谐波的5个周期重合。
二、调整方案
其中
(1)是超前调整的方案。
(2)是滞后调整的方案。
三、反相
反相比例运算电路。
三、选择调整方案
1、确定其基波与3次谐波、5次谐波的相位关系。
2、选择方案。
3、确定元件参数。
单元七:
幅度调整电路的设计与制作
一、调整目标。
基波峰-峰值:
6V
3次谐波峰-峰值:
2V
5次谐波峰-峰值:
1.2V
注:
本系统拟合成的方波无直流分量。
二、信号现状。
基波:
最大值3V直流分量1.5V
3次谐波:
最大值1V直流分量0.5V
5次谐波:
最大值0.6V直流分量0.3V
三、调整方案。
同相比例运算放大电路:
A=1+Rf/R1>>1
反相比例运算放大电路:
A=-Rf/R1
经分析选择反相比例运算放大电路。
它的放大倍数可以等于任意值。
四、电路连接图如下:
单元八:
总调
把基波、3次谐波、5次谐波去除直流分量,幅度调整好的三路信号经LM358总调,其电路连接图如下:
单元九、参考文献
[1]张靖武,周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京:
电子工业出版社,2007.
[2]徐受蓉.C语言程序设计[M].重庆:
西南师范大学出版社,2008.
[3]胡宴如、狄苏燕.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006.
[4]黄国祥、刘芬.数字电子技术[M].湖北长江出版集团,2008.
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