方波的产生、分解、合成的研究.docx

方波的产生、分解、合成的研究摘要：方波信号可以分解为无限多个特定幅度的奇次谐波；无限多个奇次谐波分量幅度按特定的比例叠加也可得到一个方波信号。该设计为一种方波的产生、分解、合成装置该装置经调试后可以产生方波基波、三次谐波及五次谐波等同时还可实现谐波相加合成为基波的功能。关键词：方波分解合成中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0012-02方波信号的产生、分解、合成在信号处理中有很重要的地位同时它也是无线电及电子学专业基础教学中的难点和重点.为通信技术打下基础。方波的产生、分解和合成是要求我们首先产生方波利用分频电路将其分解最后合成。用多谐振荡电路来产生一定频率的方波将此方波通过中心频率分别为10K30K50K的无限增益负反馈型带通滤波器分频电路把方波分解为基波、三次谐波、五次谐波经移相电路来实现相位同步。再通过加法电路实现基波、三次谐波、五次谐波的合成并用AD和单片机及显示器显示合成后的波形的峰值及频率。为实现这个目标我们要进行以下电路模块的设计（1）方波产生电路（2）分频滤波电路（3）移相电路（4）加法电路（5）峰值检测电路（6）ADC0832与单片机的接口电路、（7）频率测量电路。各模块电路设计调试完成后将各个模块相连实现系统调试。以下是各模块电路电路的设计：1方波产生电路用RC振荡电路来和迟滞比较器来产生方波[2]（如图1示）。此方案电路简单器件较为常用产生频率的范围很宽。其工作原理：由图可知电路的正反馈系数F为在接通电源的瞬间设输出电压偏于正饱和值即时加到电压比较器同相端的电压为而加于反向端的电压由于电容C1上的电压不能突变只能由输出电压通过电阻按指数规律向电容C1充电来建立；当加到反相端的电压正于时输出电压立即从正饱和值（）迅速翻转为负饱和值（）又通过对电容C1进行反向充电直到负于值时输出状态再翻转回来。如此循环不已形成一系列的方波输出。方波的周期T为：2分频与滤波电路如果信号发生电路产生的是10kHz或其倍频的方波只需按方波傅里叶级数展开式直接滤波即可。即滤出10kHz、30kHz、50kHz频率的正弦波我们用运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波器来实现[3]（如图2示）比较得中心角频率中心频率增益-3dB带宽调节使中心角频率变化但带宽不变增益也不随的变化而变化；由此可以调节从方波中得到各次谐波达到分频与滤波的效果运用两级分频与滤波电路可以达到更好的效果3移相电路移相电路采用RC移相电路[3]（如图3示）可实现0至滞后180°调相。其工作原理：根据全通滤波器的特性（不改变输入信号的频率特性而改变输入信号的相位特性）设计了如图所示的移相电路（其实也是一个简单的全通滤波器）；由图可得：此电路无电压放大能力其相位的改变是通过而实现的根据这个原理设计了合理的参数使得此电路可达到相位连续可调。4加法电路波形合成可以用运放构成的加减运算电路来实现[2]（如图4示）其工作原理：电路图如图六所示根据运放的虚短虚段可得：令则IN1+IN2+IN3=-OUT1达到了各次信号波形的合成。5ADC0832与单片机的接口原理ADC0832与单片机的接口应为4条数据线分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平此时芯片禁用CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。6频率测量电路该设计是针对高频而言使用OPA820时其输出的波形完全达到要求[3]（如图5示）。D3采用开关二极管1N4148滤除负半周的信号。工作原理：当反相输入端的电压大于零时输出Vo为高电平；当反相输入端的电压小于零时输出Vo为低电平；输出的波形为与输入波形同频率的矩形波以便送给单片机测量其频率。D1D2的作用是限制了输入电压的大小D3的作用是削去输出波形的负半周。7结语各模块电路设计调试完成后将各个