信号波形的合成毕业设计及文献翻译Word下载.docx
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5移相电路-------------------------------------------------11
6加法电路-------------------------------------------------12
7有效值检波电路-------------------------------------------13
8ADC0809数模转换-----------------------------------------14
9AT89C52单片机选择---------------------------------------23
(二)软件设计----------------------------------------------------26
四理论与测试---------------------------------------------27
结束语---------------------------------------------------30
参考文献-------------------------------------------------31
致谢-----------------------------------------------------32
附录
附录一:
信号采集显示程序---------------------------------------33
附录二:
英文原文-----------------------------------------------36
附录三:
英文翻译-----------------------------------------------42
摘要:
本系统设计了一个信号波形合成电路,系统包括:
晶振和辅助整形电路构成的方波振荡电路,产生方波信号;
采用74HC161N等组成分频电路,使高频方波转换成10kHz、30kHz等各个正弦信号;
滤波电路使各个频率的方波到正弦波的转换;
放大电路控制各个信号幅值的大小;
移相网络控制输入与输出信号之间的相位差;
加法电路完成多个信号的合成;
由此,本系统能实现把10kHz、30kHz和50kHz的正弦信号合成为近似方波;
能实现把10kHz、30kHz和50kHz等正弦信号合成位近似三角波;
实现对10kHz、30kHz等各个正弦信号幅值的测量和显示。
关键字:
正弦波、方波、三角波
Abstract:
thesystemdesignasignalwaveformsynthesiscircuits,systemsinclude:
crystalresonanceandauxiliaryplasticcircuitconsistsofsquarewaveoscillatorcircuit,producesquarewavesignal;
Using74HC161Netcpoints,high-frequencypulsefrequencycircuitconvertkHz,30OctoberkHzetc.Eachsinesignals;
Filtercircuitmakeeachfrequencyconversionofsquarewavetothesinewave;
Amplifyingcircuitcontrolthesizeofeachsignalamplitude;
Phaseshiftingnetworkcontrolinputandoutputsignalofthephasedifferencebetween;
Additionofcompletemultiplesignalcircuitsynthesis;
Thus,thissystemcanrealizethe10kHz,30kHzand50kHzsinusoidalsignalsynthesisforapproximatesquare-wave;
CanrealizekHz,the10kHzand50kHz30suchsinesignalaapproximatetriangularwavesynthesized;
ToachievekHzkHz,30Octoberallsinusoidalsignalamplitudemeasurementsanddisplay.
Keyword:
sinewaveandsquare-wave,trianglewave
前言
信号波形合成作为一种基本电子设备必要的系统,无论是在教学、科研还是在部队技术保障中,都有着广泛的使用。
信号波形合成作为一种通用电子测试仪器的组成是军队进行科技战争不可缺少的一种测试仪器。
因此,从理论到工程对信号的发生进行深入研究,不论是从教学科研角度,还是从部队技术保障服务角度出发都有着积极的意义。
随着科学技术的发展和测量技术的进步,对信号发生器的要求越来越高,普通的信号波形合成已无法满足目标高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点。
随着数字技术的飞速发展,
在现代电子学的各个领域,常常需要高精度且频率可方便调节的信号源。
尤其是随着通信事业的发展,频道的分布日趋密集,要求有高精度、高稳定度的通信频率。
用常规的信号发生器无法满足要求。
为解决这个难题,人们提出频率合成器的方案高精度大动态范围数字/模拟(D,A)转换器的出现和广泛应用,用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术,即直接数字合成(DDS)异军突起。
其主要优点有:
(1)频率转换快:
DDS频率转换时间短,一般在纳秒级;
(2)分辨率高:
大多数DDS可提供的频率分辨率在1Hz数量级,许多可达0.001Hz;
(3)频率合成范围宽;
(4)相位噪声低,信号纯度高;
(5)可控制相位:
DDS可方便地控制输出信号的相位,在频率变换时也能保持相位联系;
(6)生成的正弦/余弦信号正交特性好等。
因此,利用DDS技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号,这在电子测量、雷达系统、调频通信、电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。
1971年,美国学者J.Tierney等人撰写的“ADigitalFrequencySynthesizer”一文首次提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新合成原理。
限于当时的技术和器件产能,它的性能指标尚不能与已有的技术盯比,故未受到重视。
近几年间,随着微电子技术的迅速发展,直接数字频率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesis简称DDS或DDFS)得到了飞速的发展,它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。
具体体现在相对带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面,并具有极高的性价比。
一系统要求
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
1.2.2发挥部分
(1)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)根据三角波谐波的组成关系,设计一个新的信号合成电路,将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号,合成一个近似的三角波形;
(3)设计制作一个能对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路,测量误差不大于5%;
(4)其他。
二系统设计方案
方案一:
采用555多谐振荡电路来产生方波信号,这样电路简单频率可调,但是从555谐振电路出来的方波,占空比难以调节,信号不稳定,可靠性低,不利于后级电路的调节,故不采用此方案。
方案二:
通过反相器、外加电阻和电容来产生频率可调、占空比可调的方波信号。
其优点电路简单,但工作频率不够稳定。
方案三:
利用单片机时钟信号,通过软件编程实现输出10kHz方波信号。
实现起来相对较容易,但若没有时间做本参赛题的发挥部分,大材小用了。
方案四:
直接采用6MHz晶振和辅助整形电路,产生方波信号;
利用74HC161计数器后接74LS74D触发器组成分频电路对6MHz晶振进行分频,得到不同频率的方波;
滤波电路把前级分频得到的方波信号转换成频率相同的正弦信号;
但是这些正弦波信号中存在直流成分需要通过减法电路调整正弦波信号为双极性(正负相间的正弦波);
然后通过放大电路实现信号幅值的放大以达到指标中所需要的信号合成的幅值;
再通过移相网络实现3次谐波、5次谐波与10kHz基波之间相位关系的调节,必须调节到同向;
加法电路,实现几个信号合成为一个近似方波信号;
模拟开关选择不同通道的信号,送到有效值检波电路检波;
采集信号有效值然后ADC0809对模拟信号进行数字处理,再送入单片机进行计算并在数码管上显示。
综上所述,选择方案四,使用晶振产生的方波信号稳定,有利于电路波形的调节及系统的稳定性。
其系统框图如下所示:
图3系统整体框图
二、理论基础
方波信号由基波成分和若干个谐波成分构成任何具有周期为T的波函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和,即:
,
;
本作品根据这一理论原理制作而成。
图4方波(左)三角波(右)
所谓周期性函数的傅里叶分解就是将周期性函数展开成直流分量、基波和所有n阶谐波的迭加。
如图4所示的方法可以写成:
此方波为奇函数,它没有常数项。
数学上可以证明此方波可表示为:
同样,对
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