《毕业设计合成信号发生器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计合成信号发生器设计.doc（14页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、摘 要 随着数字集成电路、微电子技术和EDA 技术的深入研究，现代频率合成技术具有很大研究性。根据题目要求，我们以单片机LM3S811为核心，辅以必要的模拟电路，设计合成信号发生器。该系统主要由LM3S811单片机、方波发生器、分频电路、滤波电路、调理电路、加法电路等模块组成。本系统采用TLC083芯片产生方波振荡电路，通过施密特触发器CD40106芯片进行波形变换后得到300KHz方波信号，经过30分频、10分频、6分频电路后得到10KHz、30KHz、50KHz信号，经过TLC04芯片进行滤波，得到相应频率但不同幅值的正弦信号，再通过由TLC085构成的调理电路对相位和幅度进行调节，最后通
2、过加法电路将三路正弦信号合成近似方波和三角波。测试表明，其结构紧凑，电路简单，可扩展性强，统功能完善，很好的实现了各项设计指标。关键词：信号波形合成 分频器 滤波器AbstractAlong with the digital integrated circuits, microelectronics technology and EDA technology research, has great modern frequency synthesis technology research. According to the topic request, we LM3S811 as the c
3、ore, with single-chip microcomputer with necessary analog circuits, design and synthesize signal generator. This system mainly consists of LM3S811 single-chip microcomputer and square-wave generator frequency circuit, filtering, points circuit and regulate circuit, addition circuit module. The syste
4、m USES the TLC083 chip produce square-wave oscillating circuit, through CD40106 chips for waveform Schmitt toggle 300KHz square wave signal transformation, after get 30 points frequency, 10 points frequency, 6 points frequency circuit 10KHz, 30KHz, after we get TLC04 50KHz signals, after filtering,
5、obtained corresponding chip frequency but different amplitude of the sine signals, then TLC085 constitute by the modulation circuit to phase and amplitude adjustment circuit will last through the addition of three road sine signal synthetic approximate square-wave and delta waves. Tests showed that
6、the structure is compact, simple circuit, extensibility, perfect functions, ec well implemented the design indexes.Keywords：Signal waveform synthesis frequency divider filter目 录摘 要2目录4引 言5第一章 系统总体设计和任务要求6第二章 方案论证与比较71.1系统设计方案：7第三章 理论分析计算和器件选型8第四章 系统的硬件设计84.1方波振荡电路设计84.2无源滤波电路设计94.3峰值检波电路设计94.4加法电路设计
7、10第五章 系统的软件设计105.1系统软件设计概括105.2软件设计流程图11第六章系统测试及结论分析116.1测试仪器116.2测试方法116.3测试结果126.4测试结论分析12第七章总结13参考文献14引 言信号源是现代电子系统的重要组成部分，它在通信、测控、导航、雷达、医疗等众多领域都有着广泛的应用，而且信号源还可以作为现代电子产品设计和生产中的重要工具，其必须满足高精度、高速度、高分辨率、频率可调等许多要求。凡是能产生测试信号的仪器，都统称为信号源,也称为信号发生器，它能够用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及其设备时，为了测定电路的一些电参量，如测
8、量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需要使用振幅、频率已知的正弦信号源；当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源；并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能够在一定范围内进行精确调整，其有很好的稳定性和输出指示等。 信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。其中正弦信号是使用最广泛的测试信号。因为产生正弦信号方法简单，且用正弦信号测量较方便。正弦信号源又
9、可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。合成信号源的信号不是由振荡器直接产生，而是以高稳定度石英振荡器作为标准频率源，利用频率合成技术形成所需要的任意频率信号，具有与标准频率源相同的频率准确度和稳定度。合成信号源主要由晶体振荡器、频率合成单元、调制单元、电平控制单元组成。第一章 系统总体设计和任务要求总体框图由以上分析，系统的总体功能如图1所示：300KHZ方波振荡器30分频10分频6分频无源低通滤波器调理电路无源低通滤波器有源低通滤波器信号合成电路MCU显示调理电路调理电路调理电路调理电路峰值检测电路500KHZ1.5MHZ峰值检测电路峰值检测电路图1 总体设计框图1.任务要求设计制作一个电
10、路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波和其他信号。（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。（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、30
11、kHz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；第二章 方案论证与比较1.1系统设计方案：我们用TLC083芯片产生300KHz的方波，经分频电路、TLC04芯片滤波电路后得到一个正弦波，然后用峰值检波电路检测其峰峰值，最后用加法电路合成题目所求方波。1.1.1方波振荡电路方案一：用555定时器接成的多谐振荡器，能使产生的方波占空比可调，即高电平持续时间与低电平持续时间的比值可调，占空比1090，适合低中频振荡电路。方案二：用TLC083芯片，压摆率可达到19V/us,带宽10MHz，可实现高频振荡电路。通过以上
12、比较分析，我们选用方案二。1.1.2滤波电路方案一：采用RC滤波电路，由于电阻R与频率变化无关，RC低通滤波器在器件选材方面要相对简单，但不适合大功率输出，仅可作为弱信号处理与微小功率应用。方案二：采用TLC04芯片，四阶低通滤波器，TLC04的截止频率的稳定性只与时钟频率稳定性相关，截止频率时钟可调，其时钟截止频率比为50：1，因而设计截止频率为1/1.69RF1CF150=251.8Hz，能够满足振动时效和振动焊接工艺的要求。通过以上方案比较，我们选用方案二。1.1.3峰值检波电路方案一：将交流信号与一直流信号叠加使之变成单极性，将其分压后用单片机A/D采样其值。方案二：采用TLC372和
13、LM358芯片，通过峰值检波电路可以对交流信号进行绝对值处理，便于加速度值的进一步数字显示，电路构成相对简单。通过以上方案比较，我们选用方案二。1.1.4加法电路方案一：采用同向求和运算电路，同向求和电路的各输入信号的放大倍数互不影响，不能单独调整，因此同向求和电路调节不如反向求和电路方便。方案二：采用反向求和运算电路，其电路中某一信号的输入电阻的阻值不影响其他输入电压与输出电压的比例关系，因此调节更方便。通过以上方案比较，我们选用方案二。第三章 理论分析计算和器件选型任何周期函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即：其中：第一项为直流分量，为角频率，T为周期。所谓周期性函数的傅里
14、叶分解就是将周期性函数展开成直流分量、基波和所有阶谐波的迭加。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，对于三角波也可以表示为： =根据题目分析可得，基波峰峰值为6V时，方波三次谐波峰峰值为基波峰峰值的三分之一，方波五次谐波峰峰值为为基波峰峰值的五分之一；三角波三次谐波峰峰值为为基波峰峰值绝对值的九分之一,三角波五次谐波峰峰值为基波峰峰值的二十五分之一。第四章 系统的硬件设计4.1方波振荡电路设计此电路由运算放大器TLC083和施密特触发器CC40106组成，振荡频率取决于C1R3的大小,频率计算公式f=1/（1.39 C1R3）。其设计电路图如图4所示：图4.方波振
15、荡电路4.2无源滤波电路设计无源低通滤波电路主要由TLC04芯片组成，其8脚输入10KHz的方波，2脚由单片机产生500KHz的载波，输出幅度为6V的正弦波。同理，其8脚输入30KHz的方波，2脚由单片机产生1.5M的载波，输出幅度为2V的正弦波。其设计电路图如图5所示：图5.无源滤波电路4.3峰值检波电路设计将输入加法器的正弦信号输入峰值检波电路，得到正弦波信号的峰值送至单片机A/D转换后显示,其电路图如图6所示：图6.峰值检波电路4.4加法电路设计加法电路相当于输入端有三个电压源，相应的输入电阻决定了每个电压对电路的作用，而且反馈电阻和输入电阻的比例决定增益的大小。因为R11=R12=R1
16、3=R14,所以Uo=U1+U2+U3,为避免静态偏移，要将相同端用电阻接地，接地电阻为R15=R11/R12/R13/R14。其设计电路图如图7所示：图7.加法电路第五章 系统的软件设计5.1系统软件设计概括系统的软件设计主要用来产生两路载波和对三个电路的峰值进行采样并显示。LM3S811本身带有PWM波形发生器和AD采样芯片，只需调整系统晶振和PWM波周期、脉宽，便可输出500KHZ和1.5MHZ的方波信号，将AD芯片三路端口使能后，便可时时采样电压，采样数据送给单片机处理后，再由单片机送给LCD显示。5.2软件设计流程图开始初始化Vpb11AD采样显示三角波测量参数显示方波测量参数结束输
17、出两种正弦波信号流程图第六章系统测试及结论分析6.1测试仪器示波器、函数信号发生器、数字万用表、模拟万用表、直流稳压电源。6.2测试方法（1）用示波器观察产生频率为10KHz、30KHz、50KHz的正弦波信号，（2）利用峰值检波电路对各个正弦信号的幅度进行测量，液晶屏将显示幅值。然后观察不同幅值下10KHz、30KHz、50KHz正弦波迭加的波形。6.3测试结果（1）各波形的峰峰值如下表：理论值（V）测量值（V）基波66.02方波三次谐波22.04方波五次谐波1.21.23三角波三次谐波-2/30.63三角波五次谐波6/250.25合成方波55.04合成三角波7（2）各频率的波形如下表：合成
18、波形基波方波三角波合成谐波10KHz10KHz，30KHz10KHz，30KHz，50KHz10KHz，30KHz，10KHz，30KHz，50KHz合成波形6.4测试结论分析300KHz的方波振荡器经分频与滤波处理，能够同时产生频率为10KHz、30KHz、50KHz的正弦波信号，其波形无明显失真，峰峰值分别为6.02V、2.04V、1.23V。由方波移相放大器和方波加法器构成的信号合成电路，将产生的10KHz的基波、30KHz的三次谐波、50KHz的五次谐波合成了一个近似方波。再用三角波移相放大器和三角波加法器将产生的10KHz的基波、30KHz的三次谐波、50KHz的五次谐波合成了一个近
19、似的三角波。从测量的数据和波形可以看出，本设计较好的实现了题目所要求的性能指标。第七章 总结本设计主要讲述了合成信号发生器的工作原理和工作过程。在说明工作原理的过程中，突出了合成信号发生器设计中基本电路的组成单元以及这些单元如何实现信号合成的；结合本设计的内容，指出了各单元电路的设计方法和意义。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在单
20、元电路的理解和设计上面。很多单元电路是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个单元电路才是关键的问题所在。经过这段时间的努力，在老师和同学的帮助下终于彻底的做完了毕业设计的所有工作。通过这次的毕业设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使我思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。这次设计,让我受益匪浅。我对数字电路和模拟电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路和模拟电路又有了一定的新
21、认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过查找一些资料又重新的温习了一下数字电路和模拟电路部分的内容。通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的电路应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！我将会在以后的生活中继续学习。参考文献1 谭浩强著. C语言程序设计(第三版). 清华大学出版社,2005.2 李朝青著. 单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版社,2005.3 康华光. 电子基础(模拟部分). 高社. 2001-4附件：核心原理图
