【正文】 onstitutes the signal waveform synthesis experiment circuit. This system mainly consists of the following parts: the square wave generated by the opamp THS4011 nonlinear circuit。方波變?nèi)遣ㄓ性捶e分電路 。RC 無源積分電路 。 By CD4017 counter and frequency division circuit of CD4013。因此我們引入信號的分解與合成來學(xué)習(xí)與了解。 圖 1 利用正弦波的基波與三次諧波合成的近似方波 發(fā)揮部分 再將產(chǎn)生的 50KHz、峰峰值 的正弦波信號作為五次諧波 ,加到信號疊加電路 ,使疊加后的波形信號更加接近于方波。雖然 CMOS 型 3個分壓電阻不再是 5KΩ ,但仍然延用 555 名稱。 其第一個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度 tp1,即 uc 從 VCC/3 充電上升到 2VCC/3 所需的時(shí)間 : tp1≈ +R2C 第二個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬 度 tp2,即 uc 從 2VCC/3 放電下降到 VCC/3 所需的時(shí)間 : tp2≈ 振蕩周期 : T=tp1+tp2≈ +2R2C 根據(jù)以上公式 :將 R11k,R2 為滑動變阻器 ,調(diào)節(jié) R2 的阻值即可改變振蕩周期與頻率。 使用晶振產(chǎn)生方波 本電路使用晶振外加邏輯芯片 74HC14 來產(chǎn)生方波 ,電路簡單 ,單產(chǎn)生的波形容易受到干擾而出現(xiàn)尖峰以及失真 ,故不采用本電路。移相電路是對分頻濾波以后的各個諧波信號進(jìn)行相位的調(diào)整 ,使它們的相位關(guān)系能同步 ,因此本設(shè)計(jì)是根據(jù)相位超前與相位滯后的理論 ,分別設(shè)置積分電路與微分電路 ,根據(jù)需求 ,設(shè)計(jì)相應(yīng)的電 路滿足系統(tǒng)需要。 圖 1(a)滯后電路 圖 1(b)超前電路 圖 2移相電路 方案二 :等幅移向電路 如圖 3 所示 ,為等幅移向電路 ,通過改變電阻 ,電容值可以使信號的相位移動 ,改變原有的相位 ,可以實(shí)現(xiàn)多個相位同步的目的。以延時(shí)輸出方波的方式實(shí)現(xiàn)的移相 ,輸出信號的頻率以參考信號的頻率為準(zhǔn) ,而參考信號的頻率則可以精確給定 ,可用于對頻率要求高 ,且需無級移相 的場合 ,但其硬件電路比較復(fù)雜 ,綜合考慮不適合本設(shè)計(jì)需要。 方案二 :采用實(shí)時(shí) DSP 數(shù)字濾波技術(shù) ,數(shù)字信號靈活性大 ,可以在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上對信號進(jìn)行有效的濾波 ,但要進(jìn)行濾波 ,需要 A/D、 D/A 既有較高的轉(zhuǎn)換速率 ,處理器具有較高的運(yùn)算速度 ,成本高。 信號的檢測與顯示方案分析 信號的檢測和顯示部分用的是單片機(jī) MSP430 來完成的 ,由于檢測的信號最高頻率僅僅為 50KHz,檢測信號送到 MSP430 的 10 位 AD 轉(zhuǎn)換并換算 ,可以得到其幅值 ,將得到的幅值送給顯示器顯示。這時(shí) ,電容 C1 通過 R R5 向運(yùn)放的輸出端放電 ,電容 C1的電壓 下降 ,此時(shí) ,當(dāng)電容的電壓低于運(yùn)放同向輸入端電壓時(shí) ,運(yùn)放輸出端電壓再次翻轉(zhuǎn) ,輸出高電平 ,如此的周而復(fù)始 ,產(chǎn)生振蕩 ,輸出方波信號。 如果所定的頻率為 300K 赫茲 ,并且假定 C1 為 1000P 的話 ,根據(jù) F1/T,可以得出周期為 :T1/300000Hz(S) 106(S),則 : *(R2+R5)* 10 6 (R2+R5)( * 106)/( * 1000 * 1012)1500(Ω)(KΩ) 因此我們可以選擇電位器 R5大小為 2千歐 ,然后在配合固定電阻 R2大小為 300 歐姆 ,調(diào)節(jié)電位器就可以改變振蕩的頻率。 THS4011 在接入電路中 ,當(dāng)頻率達(dá)到 f 1 MHz 時(shí) ,總諧波失真為 80 dBc,比較適合本設(shè)計(jì)的參數(shù)要求 ,其封裝如圖 所示。到此 ,三種諧波信號都以產(chǎn)生。 工作條件 : 正常工作的電源電壓范圍 :3V15V。根據(jù)運(yùn)放虛短、虛地以及虛斷的特性 ,如圖 所示。 圖 RC 無源積分電路 波形變換電路模塊難點(diǎn) :對于有源積分電路和濾波電路 ,都需要設(shè)置適當(dāng)?shù)淖枞輩?shù) ,使波形無明顯的失真 ,若是充電時(shí)間大于放電時(shí)間 ,或者小于放電時(shí)間 ,就會有出現(xiàn)失真 ,這要求仿真的時(shí)候設(shè)置好參數(shù) ,在做模塊時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整阻容值 ,可以達(dá)到要求。反向比例運(yùn)算電路如圖 所示 ,根據(jù)運(yùn)放虛短虛斷的原則 ,輸入電壓 Ui通過分壓電阻 R1 加在運(yùn)放的負(fù)向輸入端 ,反饋電阻 Rf 是連接輸入電壓與輸出電壓的通道 ,構(gòu)成一個完整的反饋網(wǎng)絡(luò) ,同相端接電阻 R2 到地 ,由虛短虛斷的概念可知 :電壓增益為 A V0/Vi Rf/R1。 沉淀時(shí)間 :5 ms。 OPA2227 和 OPA228 系列的放大器具有良好的特性 ,由于其噪聲低 ,精度高的特性 ,使他們能很好的應(yīng)用于實(shí)際電路 ,所以它的應(yīng)用范圍比較廣 ,可以做數(shù)據(jù)采集、電子設(shè)備、有源濾波器以及作為各種分析儀等。所以印制板一定要放穩(wěn) ,不能松動 ,仔細(xì)操作 ,不容疏忽。一個設(shè)計(jì)良好的應(yīng)用電路系統(tǒng)需要加強(qiáng)對電源的濾波 ,采用專用電源 ,以此減少電源中的干擾信號帶入電路 ,合理的布線來提高抗電子電路的抗干擾能力。用磁珠來銜接模擬地和數(shù)字地 ,減少兩個地的串?dāng)_。濕度 :0??95%RH 3)微控制器 MCU 檢測系統(tǒng)的檢測誤差 :小于等于 2% 測試方法 1)開啟電源 ,檢查電源輸出是否正常 ,通過電源接口給各模塊上電試調(diào) 2)先測試第一個模塊 方波產(chǎn)生器 ,調(diào)節(jié)電阻先調(diào)一個低頻的方波 ,看電路是否能正常工作。 8)將 50K 信號加入疊加電路 ,進(jìn)行測試 ,觀察信號是否更加逼近方波信號。 再測試合成的波形 ,將 30K 赫茲的正弦波信號和 10K 赫茲的正弦波信號通過疊加電路產(chǎn)生的合成波形如圖 所示。 整個系統(tǒng)各個模塊都采用的是電位器調(diào)節(jié) ,可以進(jìn)行手動調(diào)節(jié)各模塊系 數(shù) ,使各模塊能擁有更高的精度 ,系統(tǒng)效果達(dá)到最好。 謝 辭 四年前 ,懷著對大學(xué)無比的向往 ,步入我的大學(xué)校園 南華大學(xué) ,四年中 ,“明德 ,博學(xué) ,求是 ,致遠(yuǎn)”這條校訓(xùn)一直教育著我 ,讓我滿懷使命感。通過撰寫畢業(yè)論文 ,能提高我自己的語言組織能力 ,表達(dá)自己內(nèi)心思想的能力 ,以及和老師同學(xué)交際溝通的能力 ,這使我更加了解自己 ,對自己的缺陷有進(jìn)一步的改善。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中 ,我體會到了團(tuán)結(jié)與合作的力量 ,做任何事 ,一個人的力量永遠(yuǎn)比不上團(tuán)隊(duì)合作的力 量 ,閉門造車 ,終究是學(xué)不到精華 ,所以我懂得了如何與人交流 ,更好的完成設(shè)計(jì)。留下了美好的大學(xué)回憶 ,在這里 ,我要真誠的的向母校和教育我的老師們表達(dá)我深深的謝意。本系統(tǒng)從方案設(shè)計(jì) ,到實(shí)際制作與軟硬件調(diào)試進(jìn)行仔細(xì)的研究與分析 ,最終實(shí)現(xiàn)了信號波形合成的實(shí)驗(yàn)電路。由于電路的擾動比較大 ,所以合成的波形有一定的失真 ,加上只通過方波的基波和三次諧波合成方波 ,所以波形不是很逼真 ,不過基本達(dá)到要求。通過修改軟件 ,編程進(jìn)行補(bǔ)償 ,得到一致數(shù)據(jù)。 4)分別測試分頻后的各路信號 ,三分頻后的 100K赫茲 ,五分頻后的 60K赫茲 ,和最終的10K 赫茲、 30K 赫茲以及 50K 赫茲方波信號的頻率。 三提高元器件的抗干擾能力 提高敏感元件的抗干擾能 力從以下幾個方面著手 :①在制作 PCB 板時(shí) ,布的線盡可能的粗 ,其中電源線和地線尤為重要 ,這能減少線路的阻抗 ,即減少壓降 ,更重要的是降低了電路的耦合干擾。在硬件電路設(shè)計(jì)上需要做好如下幾點(diǎn) ,減少噪聲的產(chǎn)生。 (七 )、焊接 ,將各電子元器件焊接在對應(yīng)位置。 如果需要將兩個電壓信號 U1 和 U2相疊加 ,如圖 所示為一個疊加電路 ,可以實(shí)現(xiàn) ,這個電路接成反向輸入放大電路 ,可以看出 ,他是多端輸入信號 的類型 ,利用虛短 (VpVn 0)、虛斷 (i 0)和虛地 (Vn 0)的原則對反相輸入端節(jié)點(diǎn)可以列如下幾個公式 i1+i2 i3 式 V1Vn/R1+V2Vn/R2 VnV0/R3 式 由式 可知 V0 R3 * V1/R1+R3 * V2/R2 式 由式 可知 ,若 R1R2R3,則 V0 V1+V2 式 圖 求和電路 PCB 圖與原理圖 由于原理圖畫的比較大 ,貼出來不是很清晰 ,見附錄 ,根據(jù)原理圖將畫好的各元件封裝導(dǎo)入 PCB圖 ,PCB板又叫印制電路板 ,是電氣連接然各個元件的依托 ,根據(jù)原理圖在 PCB 圖上布好局 ,設(shè)置 PCB 布線規(guī)則 ,盡量將線設(shè)置粗點(diǎn) ,有利于后續(xù)工作 ,然后連線 ,盡量避免出現(xiàn)面積較大的回環(huán)路面積 ,因?yàn)殡娐穲D龐大 ,所以本次使用的是雙面板來制作。 高開環(huán)增益 :160 分貝 。 圖 反向比例運(yùn)算電路 對于三角波 ,同樣根據(jù)傅里葉級數(shù)變換對他進(jìn)行分解得 式 由式 可知 ,基波、三次諧波、五次諧波的系數(shù)比為 1 : 1/9 : 1/25 的比例關(guān)系 ,合成三角波時(shí) ,根據(jù) 10K赫茲的正弦波峰峰值為 6V,所以 30K赫茲的