【正文】 1 PCB 圖與原理圖 22 第 4 章 防干擾措施 24 第 5 章 測(cè)試與調(diào)整 26 整機(jī)指標(biāo) 26 測(cè)試方法 26 測(cè)試結(jié) 果 26 結(jié) 論 29 謝 辭 30 參考文獻(xiàn) 31 附 錄 32 前 言 隨著社會(huì)的發(fā)展 ,信號(hào)在生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛了 ,他是一種運(yùn)載消息的工具 ,可以傳達(dá)某些信息和消息 ,在這個(gè)通訊發(fā)達(dá)的時(shí)代 ,起著十分重要的作用 ,有了它距離不將不是問(wèn)題。但是目前信號(hào)干擾現(xiàn)象還是特別嚴(yán)重 ,就有可能丟失了重要的信息。為了培養(yǎng) 個(gè)人的分析問(wèn)題的能力和解決能力 ,深入學(xué)習(xí)電子信息專業(yè)有關(guān)知識(shí)及以后的學(xué)習(xí)工作打下較好的基礎(chǔ)。從而有了這次的課題 ?? 信號(hào)波形合成實(shí)驗(yàn)電路。仿真時(shí) ,發(fā)現(xiàn)了許多存在的問(wèn)題 ,通過(guò)網(wǎng)上查找資料 ,以及老師同學(xué)的幫助 ,很好的解決了遇到困難。 基本要求 1 方波產(chǎn)生器產(chǎn)生的方波信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻和濾波處理后 ,同時(shí)產(chǎn)生頻率為 10k 赫茲、 30k 赫茲和 50K 赫茲的正弦波信號(hào) ,這三種種信號(hào)應(yīng)具有確定的相位關(guān)系 ,相位同步 。 3 制作一個(gè)由運(yùn)放組成的加法器 ,然后將產(chǎn)生的 10KHz 和 30KHz正弦波信號(hào) ,作為基波和三次諧波 ,通過(guò)疊加電路合成為一個(gè)方波 ,這個(gè)近似的 方波的幅度應(yīng)為 5V,理想狀態(tài)下合成波形的形狀應(yīng)如圖 1所示。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與要求 1 由運(yùn)放的非線性產(chǎn)生方波。 5 最后通過(guò)一個(gè)由運(yùn)放組成的加法電路 ,將 10kHz和 30kHz的正弦波波形進(jìn)行疊加 ,由移相電路可以調(diào)節(jié)各正弦波同步如圖 為止 。 圖 2 由基波、三次諧波和五次諧波合成的方波信號(hào) 6 該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 第二章 系統(tǒng)方案 方波發(fā)生電路方案 方波產(chǎn)生的方法很多 ,本設(shè)計(jì)中的方波產(chǎn)生電路是后續(xù)電路 的依托 ,對(duì)方波頻率精準(zhǔn)度和穩(wěn)定度的要求很高。后來(lái)國(guó)內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生產(chǎn)出雙極型和 CMOS 型 555 集成電路。 555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路。 555 定時(shí)器的工作原理工作原理 : 。當(dāng) Uc上升到 2VCC/3 時(shí) ,Uo0,T 導(dǎo)通 ,C通過(guò) R2和 T放電 ,Uc下降。如此重復(fù)上述過(guò)程 ,在輸出端 Uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。 這里是利用 NE555 定時(shí)器內(nèi)部的比較器和電容電阻的 RC 充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)方波的輸出 ,555 定時(shí)器組成的多諧振蕩器 ,可以調(diào)節(jié)頻率到 300K 赫茲左右的對(duì)稱的方波。 石英晶振組成高穩(wěn)定度的頻率源 這里是使用石英晶振作為高穩(wěn)定度的頻率參考源 ,并且分頻與倍頻電路是由計(jì)數(shù)器和鎖相環(huán)來(lái)組成 ,以此產(chǎn)生 300K 赫茲的方波信號(hào)。 運(yùn)放非線性產(chǎn)生方波 該電路是簡(jiǎn)單多謝震蕩電路 ,有良好的穩(wěn)定性 ,缺點(diǎn)主要是由于運(yùn)放的壓擺率不夠 ,轉(zhuǎn)化速率受壓擺率的影響。 本例采用第三種方案 ,電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,產(chǎn)生的方波也比較穩(wěn)定 ,最符合題意要求。 038 產(chǎn)生方波 038 是一種高精度的芯片 ,只需要很少的外圍電路就能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的方波、三角波以及正弦波。 分頻電路設(shè)計(jì)方案 方案一 :可以使用編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)方波電路的分頻。 方案二 :使用數(shù)字電路來(lái)設(shè)計(jì)分頻電路 ,這里是通過(guò)數(shù)字芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 相移電路方案分析 移相是由于電路附帶的電容以及電感引起的 ,在方波 正弦波的轉(zhuǎn)換過(guò)程中 ,相移是在所難免的 ,這就要通過(guò)移相來(lái)解決附加相移。 方案一 :在上述變換電路中曾出現(xiàn)過(guò) RC 積分電路的應(yīng)用 ,則會(huì)產(chǎn)生一定的相移 ,為了使合成波形達(dá)到相位要求 ,必須實(shí)現(xiàn)三路波形同步 ,這里的移相電路便實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能 ,使用運(yùn)放做移相電路。但其不是單純的無(wú)源電路而是結(jié)合了集成運(yùn)放的有源電路 ,其體積小、性能穩(wěn)定 ,輸入阻抗高 ,輸出阻抗低 ,由它組成的移相電路具有電路簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、波形好、適應(yīng)性強(qiáng) ,而且可以提供 180176。 見(jiàn)圖 2所示。圖 2(b)實(shí)現(xiàn) 超前相移 90 o。 圖 3 等幅移相電路 令 ,則輸出輸入的相位差為 ,下面是用 multisim 仿真等幅移相器的波形信號(hào)頻率假定為 f10k 赫茲 ,固定電容值為 ,改變的阻值 ,可以調(diào)整電路信號(hào)的相位 ,達(dá)到 相位同步的作用。主要分為兩類 :一類為是運(yùn)用直接數(shù)字式頻率合成技術(shù) DDS。一類是先將模擬信號(hào)或移相角數(shù)字化 ,經(jīng)移相后再還原成模擬信號(hào)。以 D/A 轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)的移相 ,雖然所用元件少 ,但輸出信號(hào)的頻率難以細(xì)調(diào) ,特別是移相的最小單位太大 ,只適合于對(duì)頻率要求不高 ,且移相角度固定的場(chǎng)合 。 根據(jù)題意可得 ,由于本電路設(shè)計(jì)的相位偏差不是很大 ,只需要細(xì)微的調(diào)整 ,所以選擇方案二等幅移相電路為本設(shè)計(jì)的移向方案 ,在不改變幅度的情況下 ,調(diào)整電路的相位。 由分頻電路產(chǎn)生的單極性方波需要經(jīng)過(guò)窄帶通濾波電路形成正弦波。 方案一 :使用由 LC 網(wǎng)絡(luò)組成的無(wú)源高 階巴特沃斯濾波器。但其在低頻范圍內(nèi)有體積重量大 ,價(jià)格昂貴和衰減大等缺點(diǎn)。 方案三 :以集成運(yùn)放為核心的有源濾波電路 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,所需元件少 ,成本低 ,且電路輸入阻抗高、輸出阻抗低 ,并有專門(mén)的設(shè)計(jì)軟件。用集成運(yùn)放和 RC 網(wǎng)絡(luò)組成的二階有源濾波電路器的濾波效果更好 ,幅頻相應(yīng)更接近理想特性 ,此外 ,它還具有一定的增益。 而三角波變正弦波采用無(wú)源 RC 濾波電路來(lái)完成 ,此電路的作用是濾除高頻信號(hào) ,保留低頻信號(hào) ,將三角波展開(kāi)為傅里葉公式可知 ,三角波通過(guò) RC 無(wú)源濾波電路后保留的是基波 ,濾除了高次諧波 ,得到基波的正弦波。本設(shè)計(jì)采用的是由運(yùn)放構(gòu)成的反向比利運(yùn)算電路來(lái)實(shí)現(xiàn)波形大小的調(diào)整 ,采用的是反向疊加運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)合的成。 顯示模塊 方案一 :使用液晶 LCD12864 作為顯示 液晶顯示屏 (LCD12864)是一種帶中文字庫(kù)的 ,具有四位或者八位 并行、兩線或三線串行的多種接口方式 ,它體積小、不耗電 ,能夠穩(wěn)定顯示不跳幀 ,屏幕面積大 ,畫(huà)質(zhì)清晰 ,分辨率為 128x64,其抗干擾的能力也很強(qiáng)等特點(diǎn)。對(duì)其編程也相對(duì)容易 ,但是它資源占用較多 ,需要太多的 IO 口太控制 ,顯示的內(nèi)容較少。 第 3 章 總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 方波發(fā) 生電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的方波發(fā)生器是采用的運(yùn)算放大器 THS4011CD 來(lái)制作的 ,這是運(yùn)用運(yùn)算放大器非線性最典型實(shí)例之一 ,由于方波傅里葉變化可知 ,它由很多正弦波組成 ,這些正弦波的組成了方波的各次諧波 ,所以一般稱呼這種電路為多諧振蕩電路 ,基本電路如圖 ,它是在一般比較器的基礎(chǔ)上 ,通過(guò)增加一個(gè)由 R、C 的積分電路組成 ,把輸出的電壓經(jīng)過(guò) R、 C 反饋到遲滯比較器的反相輸入端 ,通過(guò)觀察制作后測(cè)試的效果來(lái)看 ,電路所產(chǎn)生的頻率基本穩(wěn)定可靠。運(yùn)放的同向輸入端電壓為U*R1/(R1+R6)(v), 高電平經(jīng)過(guò) R R5向 C1 進(jìn)行充電 ,電容的電壓就緩慢上升 ,當(dāng)電容 C1 的電壓也就是運(yùn)放負(fù)輸入端的電壓高于正向輸入端電壓時(shí) ,運(yùn)放則會(huì)輸出翻轉(zhuǎn) ,輸出為低電平 (負(fù)峰值 U),此時(shí) ,運(yùn)放的同向輸入端的電壓變?yōu)榱薝*R2/(R1+R2)(v),運(yùn)放的反向輸入端電壓還是高于同向輸入端的電壓。方波的頻率取決于電阻 R R5 和電容 C1 的乘積 , 對(duì)圖 我們可以得知 :R1 以及 R6 是用于改變滯回系數(shù)的 ,而電阻(R2+R5)與電容 C1決定了充放電的速度 ,假設(shè)充放的電周期為 T,并且充電的周期為 T1,而放電的周期為 T2,這里的充電 T1 會(huì)等于放電周期 T2,由此可以得到如下公式 : T2T1(R2+R5)* C1 * Ln(2R1/R6+1)。T T1+T2。 因?yàn)?R1R6。 *(R2+R5)* C1。 方波產(chǎn)生模塊難點(diǎn) :由于方波產(chǎn)生方案是由集成運(yùn)放構(gòu)成的 ,頻率要求為300K 赫茲 ,對(duì)運(yùn)放的壓擺率要求比較高 ,轉(zhuǎn)化速率要求快 ,因此所產(chǎn)生的方波稍有失真 ,但是對(duì)后續(xù)電路影響不是很大 ,調(diào)節(jié)電位器可改變方波頻率 ,靈活實(shí)用。相位誤差 供電范圍為177。 15 V 電源電壓 運(yùn)放 THS4011 一種高速度的雙電源反饋放大器 ,在電子技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用范圍 ,它有轉(zhuǎn)換速率快 ,壓擺率高 ,帶寬高的特點(diǎn) ,其中它的帶寬為 290 mhz, 轉(zhuǎn)換速率為 310 v / ms,只有 37 ns 沉降時(shí)間 %。對(duì)于應(yīng)用程序要求低失真。 圖 運(yùn)放 THS4011CD 分頻電路設(shè)計(jì) 所謂分頻就是指將任意單一頻率信號(hào)的頻率變成原來(lái)的多少分之一 ,如將 66M頻率的信號(hào)兩分頻后就是 33M頻率的信號(hào) ,三分頻就是 22M頻率的信號(hào) ,這就是分頻。 所以可以采用 TI公司的儀器 CD4017 再加上 D觸發(fā)器 CD4013B 來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻 ,產(chǎn)生三次諧波 ,CD4017 其內(nèi)部有計(jì)數(shù)器和譯碼器 ,功能默認(rèn)為是 10 分頻。 圖 50K 分頻電路