2010年全国大学生电子设计与创新大赛——信号波形合成实验电路(C题)参赛学校：武汉理工大学华夏学院院系：信息工程系专业班级：电信 07 级参赛队员：赛前指导教师：2010年8月摘要：基于电路设计的要求，信号波形合成器的电路主要由方波振荡电路、分频和滤波电路、移相电路、加法器电路模块等电路模块组成。
本次信号波形合成器是基于傅里叶变换的原理设计的，选择了MAX038集成函数信号发生器，实现基准信号的产生，电路结构简单，效率快、精度高；采用TI公司的MSP430F149单片机的定时计数器完成分频功能，搭建有源RC移相电路实现移相功能，最后利用运算加法器完成信号的合成。
该系统电路简单，目的明确，具有很好的实用性。
关键词：方波振荡电路 MSP430F149 移相电路加法器电路Abstract：Based on the circuit design requirements, signal waveform synthesis of circuit consists mainly of pulse oscillator circuit, frequency and phase filter circuits, circuit and adder circuits module circuit signal waveform synthesis is based on Fourier transform principle of design, chose MAX038 integrated function signal generator, realize the benchmark signals, such as simple structure, high precision and efficiency, The company adopts the MSP430F149 TI single-chip function complete timing counter frequency, phase shifting active RC circuit implementation phase function, and finally the computational adder complete synthesis of signal. The simple circuit system, purpose, have very good practicability.目录1系统方案................................................... 错误!未定义书签。
方波振荡模块的论证与选择................................ 错误!未定义书签。
分频模块的论证与选择.................................... 错误!未定义书签。
移相电路的论证与选择.................................... 错误!未定义书签。
2系统理论分析与计算......................................... 错误!未定义书签。
方波产生电路的分析与计算............................... 错误!未定义书签。
分频电路的分析与计算.................................... 错误!未定义书签。
方波转换成正弦波的分析与计算............................ 错误!未定义书签。
3电路与程序设计............................................. 错误!未定义书签。
电路的设计............................................... 错误!未定义书签。
系统总体框图......................................... 错误!未定义书签。
方波转正弦波电路原理图.............................. 错误!未定义书签。
电源................................................. 错误!未定义书签。
程序的设计............................................... 错误!未定义书签。
程序功能描述与设计思路............................... 错误!未定义书签。
程序流程............................................. 错误!未定义书签。
4测试方案与测试结果......................................... 错误!未定义书签。
测试方案................................................. 错误!未定义书签。
测试条件与仪器.......................................... 错误!未定义书签。
测试结果及分析.......................................... 错误!未定义书签。
测试结果(数据) ....................................... 错误!未定义书签。
测试分析与结论....................................... 错误!未定义书签。
附录1：参考文献............................................. 错误!未定义书签。
附录2：整体电路图........................................... 错误!未定义书签。
附录3 源程序................................................ 错误!未定义书签。
信号波形合成（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由方波振荡模块、分频模块、移相电路模块、加法器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
方波振荡模块的论证与选择方案一：采用直接数字频率合成器（DDS）。
直接数字频率合成器（DDS）能够用单片机进行控制，实现简单，可以产生频率相对稳定的正弦波和方波，符合本题要求。
方案二：采用集成函数信号发生器（MAX038）。
函数信号发生器（MAX038）能精密的产生三角波、锯齿波、矩形波、正弦波。
频率范围从~20MHZ可调，各种波形的输出幅度均为2V(P-P)。
如果用精密的电阻，则可以得到稳定频率的信号，而且调节精度很高。
其波形失真很小，正弦波失真度小于%，占空比调节时非线性度低于2%。
其也满足题目要求。
方案三：用NE555组成的方波信号发生器一般使用NE555来制作非稳态多谐震荡器，而且在低频中较为常见，但由于充放电的时间不一致，所以并不能产生周期比相同的方波输出。
在题目论证时，考虑到后级分频及其他要求，需要前级产生一个频率可调且稳定的方波信号。
由NE555构成的振荡电路，输出频率调节较为麻烦，且不易于控制。
方案四：使用MSP430F149定时模块输出所需要的方波MSP430F149单片机自带两个定时器，定时器A的PWM模式产生所需要的方波信号。
然而，实际上的输出结果与理论计算结果相距较大。
比较难以实现我们所需要的方波信号。
综合上述方案，考虑到电路前后级兼容性及题目要求，所以我们选用方案二。
分频模块的论证与选择方案一：采用MSP430F149的定时计数器。
MSP430F149具有两个定时计数器A和B。
其中定时计数器A包含了三个输出比较单元，定时器B包含7个输出比较单元。
按理说完全可以满足多路的分频要求，但是分频出来信号的占空比必须为50%，才能传给后级转变为正弦波。
所以用单片机分频最多只能分两路信号出来，这样只能做到基本要求的两路信号合成。
如果想做到3路信号合成就得用2个单片机了。
还有，经过实验发现，用单片机分频产生的两路信号（10KHZ和30KHZ）用示波器的两个探头同时观察波形，波形不能达到稳定。
方案二：采用可预置的4位二进制同步计数器74LS161搭建数字电路分频。
74LS161是可编程的4位二进制同步计数器。
它具有同步并行置数的工作方式，该方式将数据输入端全部接地（所置数为零），然后利用其同步置数功能及附加门电路构成模数小于16的任一进制计算器。
虽然其分频出来波形的占空比也不是50%，但是经过实验，在其后再加一级74LS74构成的2分频电路即可以得出占空比50%的方波，且用示波器观察分频出的两路信号（10KHZ和30KHZ），波形相当稳定。
综合以上两种方案，选择方案二。
移相电路的论证与选择方案一：采用无源RC移相电路。
一级无源RC移相网络就相当于一个无源RC高通滤波器，能够产生0~90°的相移。
4级的话就可以产生0~360°的相移。
可以满足相位的调节。
但是无源RC移相电路并不是很可靠，并且4级RC移相网络电路比较复杂，故不采用此方案。
方案二：采用有源RC移相电路。
利用高精度运算放大器OP37搭建的有源RC移相电路，只要一级移相网络就可以实现0~180°范围内相位的连续变化，并且其精度与稳定度都相当高。
实现电路简单，性能优异，故采用此方案。
加法器电路的论证与选择加法器电路结构简单，只要选用由TI公司生产的NE5532运算放大器构成的反相输入加法电路即可以满足要求，故采用此方案。
2系统理论分析与计算方波产生电路的分析与计算函数信号发生器MAX038可由电阻和电容振荡产生可调频率和占空比的方波。
当VFADJ=0V时，其频率为: f=Iin(uA)/CF(pF)。
使用电压源和电阻串联的振荡器，其频率计算公式可等效为：f=Vin/[Rin*CF(pF)]。
Vin取，则f=[Rin*CF(pF)]。
其中，20100≤≤。
pF COsc uF考虑到下级电路分频需要，需要方波频率在10KHz到2MHz可调。
因此，电容使用短路帽分别取100pF，470pF，1000pF；电阻接入滑动变阻器阻值为100KΩ，阻值连续可调。
这样可以产生频率在10KHz到2MHz可调的峰峰值稳定为2V的方波。
分频电路的分析与计算根据题目要求，方波振荡器信号经过分频和滤波处理后，要同时产生频率为10KHZ 和30KHZ的正弦波信号，如果加上发挥部分要产生的50KHZ的正弦信号，我们一共要分三次频。
考虑到10K、30K、50K的最小公倍数为150K，并且我们要通过D触发器构成的二分频电路，所以，方波振荡电路产生的方波信号的频率设定为1502300KHZ⨯=。