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1、西安思源学院毕业设计GRADUATION PROJECT，XIAN SIYUAN UNIVERSIT教学单位 学生学号 XXX大学（学院）毕 业 设 计 (论文)题 目： 年 级： 学 号： 姓 名： 专 业： 指导教师： 2011 年 6 月 19 日1南京邮电大学通达学院2011届本科生毕业设计（论文）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，放大、移相、波形合成模块、测量显示模块等。通过1MHz晶振电路产生1MHz方波信号，经计数、分频得到10kHz方波信号，利用LC并联谐振（滤波器）分离出10kHz、30kHz、50kHz正弦波信号，然后对三
2、个正弦波信号进行放大、移相加到加法器中合成方波信号。把10kHz和30kHz正弦波信号送到减法器中合成三角波信号。三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，分解，合成AbstractThis work is mainly used in the sine signal decomposition and synthetic experiment, including power circuit module, pulse signal generated module, amplification, phase and waveform syn
3、thesis module, measuring display module, etc. Through 1MHz crystals 1MHz circuit, signal by counting, pulse frequency, pulse signal 10kHz get by LC parallel resonant filter (10kHz isolated, 30kHz, 50kHz sine signals, then the three sine signals, adding to amplify the adder synthetic square-wave sign
4、al. The 10kHz and 30kHz sine signals to reduce time-multiplier synthetic triangular signal. Three sine signals by MCU, the amplitude of LCD display samples.Key words：Pulse signal，Filter，Sine signals，decomposition，Synthesis目录第一章 技术指标541系统功能要求541.1 基本要求541.2 发挥部分542 系统结构要求54第二章 整体方案设计762.1 方案设计762.2 整
5、体方案框图76第三章 单元电路设计873.1 方波振荡器电路设计873.2 分频电路设计873.3 滤波电路设计983.4 移相和加法电路设计12113.5 整体电路图1312第四章 测试与调整16154.1 测试方法16154.2 方波振荡电路调测16154.3 分频电路调测16154.4 测试结果16154.5 滤波电路调测17164.6 移相与加法电路调测18174.7 整体指标测试23224.8 数据分析2322第五章 信号的频谱分析24235.1 信号的傅立叶级数展开与频谱分析24235.2 方波信号的频谱24235.3 方波信号的分解25245.4 信号的合成25245.5 连续信
6、号的频谱26255.6 脉宽与频谱关系2726 5.7 周期与频谱的关系2726第六章 结束语28参考文献29致谢30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
7、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1 方波振荡器产生方波2 由CPLD编程实现分频和移相电路3 通过滤波电路才能产生比较干净稳定的正弦波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。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三路波形通过假发电路合成，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6 该系统整体结构 第二章 整体方案设计2.1 方案设计 该系统设
8、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。2.2 整体方案框图 第三章 单元电路设计3.1 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12MHz方波的硅晶体振荡器
9、。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。3.2 分频电路设计 现在输入信号是12MHz的方波信号，要同时得到10kHz、30kHz和50kHz的方波信号，我们可以对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。3.3 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
10、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： 图6 带通滤波器电路图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 则得 式（5）为二阶带通滤波器传递函数的典型表达式，其中成为中心角频率。令,代入式（4），可得带通滤波器的频率响应特性为 归一化的对数幅度响应为 带通滤波器的通频带宽度为，这样将通频带宽度BW和Q值确定，并结合以上式，便可算出滤波器各参数值。 3.4 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
11、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20的电阻；而异相断直接接地。 加法电路如下图所示： 图7 加法电路 3.5 整体电路图 图8 分频电路和移相电路上图是分频和移相电路，由CPLD实现。滤波电路和加法电路见图3、图4、图5和图7。原理图 图9 原理图版图图10 版图焊接后实物图 图11 实物图 第四章 测试与调整 4.1 测试方法（1）先测试第一级方波产生电路，调试输出一个30kHz的方波。（2）接着测试300kHz的方波经过六分频、十分频、三十分频分别得到的50
12、kHz、30kHz和10kHz的方波频率。（3）然后测试滤波与放大电路，调试要求得到一个幅度为6V的10kHz正弦波、一个幅度为2V的30kHz正弦波以及一个50kHz的正弦波。(4)最后测试移相和加法电路的最终输出信号，载入10kHz和30kHz的正弦波，通过调节移相电路要求得到一个近似的方波，幅度为5V。（5）最后将50kHz的正弦波也一起载入，观察测试结果。4.2 方波振荡电路调测 用示波器检测晶振输出的波形是否和预期的一致。 经调测，波形为方波，频率为12MHz，和理论一致，具体图略。 4.3 分频电路调测 先用模拟方法观察，再直接用示波器调测，观察波形以及信号的频率。 经调测，波形是
13、方波，频率分别为10kHz、30kHz和50kHz，具体图略。 4.4 测试结果（1）分频滤波放大测试结果如表一所示。表一频率大小10kHz30kHz50kHz实际测式值10.6kHz29.9kHz49.9kHz幅值大小6.16V2.15V5.44V（2）移相加法合成测试结果通过输入频率为10kHz和30kHz的正弦波信号，测试加法器的最终输出信号，可以的到一个近似的但不稳定的方波；接着接入50kHz的正弦信号，再次测量最终输出信号可以得到一个近似的三角波信号。4.5 滤波电路调测 10kHz、30kHz和50kHz方波通过滤波电路，由理论知识可知，应该得到同频率的正弦波。下面各图为各调测结果： 图12 图13 图14 上面每个图上均标有
