方波信号合成电路.docx
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方波信号合成电路
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.
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
）
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