当前位置:文档之家› 正弦信号发生器(幅值频率可调)

正弦信号发生器(幅值频率可调)

正弦信号发生器(幅值频率可调)
正弦信号发生器(幅值频率可调)

学号:2011013732

西北农林科技大学

电子技术课程设计报告

题目:正弦信号发生器(幅值频率可调)

学院(系):机械与电子工程学院

专业年级:

学生姓名:

指导教师:

完成日期: 2013年7月3日

目录

1. 设计的任务与要求............................................................................................................................... - 2 -

1.1 课题要求..................................................................................................................................... - 2 -

1.2具体要求...................................................................................................................................... - 2 -

1.3课题摘要:.................................................................................................................................. - 2 -

1.4设计步骤:.................................................................................................................................. - 2 -

2. 设计方案确定....................................................................................................................................... - 3 -

3. 硬件电路设计....................................................................................................................................... - 4 -

3.1整体电路框图.............................................................................................................................. - 4 -

3.2 主要元器件介绍......................................................................................................................... - 4 -

3.2.1 NE555芯片....................................................................................................................... - 4 -

3.2.2 555定时器接成多谐振荡器 ......................................................................................... - 6 -

3.2.3 NE5532P芯片 .................................................................................................................. - 6 -

3.3 整体电路设计............................................................................................................................. - 7 -

3.4分立电路的设计及元件参数的选取及计算 .............................................................................. - 8 -

3.4.1 555多谐振荡电路......................................................................................................... - 8 -

3.4.2带通滤波电路................................................................................................................... - 8 -

3.4.3反向比例运算放大器....................................................................................................... - 9 -

4.调试与仿真........................................................................................................................................... - 10 -

4.1使用的主要仪器和仪表............................................................................................................ - 10 -

4.2分立电路的仿真(仿真图、操作的步骤、方法和结果) .................................................... - 10 -

4.2.1 仿真图............................................................................................................................ - 10 -

4.2.2仿真结果......................................................................................................................... - 10 -

4.3调试电路的方法和技巧:........................................................................................................ - 12 -

5. 总结..................................................................................................................................................... - 13 -

6. 参考文献............................................................................................................................................. - 15 - 附录一...................................................................................................................................................... - 16 -

1.元器件清单................................................................................................................................... - 16 -

2.电路原理图................................................................................................................................... - 17 -

3.PCB封装图................................................................................................................................... - 18 -

4.3D效果图..................................................................................................................................... - 21 -

1. 设计的任务与要求

1.1 课题要求:设计一个频率幅值可调的正弦信号发生器

1.2具体要求:1.利用振荡电路产生正弦信号,要求有可调参数用以修改频率

2.利用放大电路控制输出信号振幅。

1.3课题摘要:

本次课程设计所设计的正弦信号发生器所使用的方法是由方波经滤波器产生正弦信号。方波信号由555数字芯片所组成的多谐振荡器所产生,其中调节多谐振荡器中的滑动变阻器便可产生出所需要的信号的频率,经过带通滤波器滤除杂波成分,再经过放大倍数可调的运算放大器,便可产生出所需的幅值可调的正弦波。本次设计的信号发生器制作成本不高,电路简单,可以节约人力物力资源,还具有实际的应用价值。

1.4设计步骤:

(1)利用555振荡器产生2.2KHZ—19.5KHZ 的方波信号,电位器R3的调节范围是:3.33%---100%,阻值是1KΩ—30KΩ。

(2)利用滤波电路或调谐电路产生稳定的2.2KHZ---6.2KHZ 的正弦波信号,电位器R3的调节范围是31.1%--100%,阻值为9.33KΩ—30KΩ。

(3)设计增益可调的放大器使输出信号幅值在0V~~~15V之间可调。

2. 设计方案确定

方波信号的产生由555多谐振荡器经过周期性的振荡产生,滤波电路部分有三种方案:第一种是用低通滤波器产生正弦波,第二种是利用带通滤波器产生正弦波,第三种是利用调谐滤波电路来产生正弦波。

方案一:低通滤波器法:滤波电路由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,它的功能是通过从零到某一截止角频率的低频信号,而对大于截止频率的的所有频率给予衰减。

方案二:带通滤波器法:带通电路可以由低通电路和高通电路经串联组成,而高通滤波器可由低通滤波器中的R和C的位置互换而得到。只要低通滤波器的截止角频率大于高通滤波器的截止角频率,两者覆盖的带同就提供了一个带带通响应。

方案三:利用调谐电路来产生正弦波信号,调谐电路中设计好LC振荡电路的振荡频率,当外加的频率和振荡电路的频率相同的时候,电路由于谐振,就可以通过LC振荡来把方波滤波成正弦波。

经综合比较,方案二的优点明显,本实验采用方案二。由555多谐振荡器产生基频为2.2KHZ—20KHZ的方波信号的信号,如果需要一定频率成分的分量,则需要经过带通滤波器产生。现在利用带通滤波器来产生3KHZ 的正弦波。下面着重介绍用带通电路产生3KHZ的正弦波。

3. 硬件电路设计

3.1整体电路框图

图3-1 正弦信号发生器设计整体框图

3.2 主要元器件介绍

3.2.1 NE555芯片

555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

其管脚图、内部功能框图、内部逻辑电路图及逻辑功能真值表如下图所示:

图3-2 NE555各脚功能-管脚图

图3-3 NE555内部功能框图

图3-4 NE555内部逻辑电路图表3-1 555时基电路的功能表

3.2.2 555定时器接成多谐振荡器

多谐振荡器又称为无稳态触发器,它没有稳定的输出状态,只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后,经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。

图3-5 多谐振荡器和工作波形

接通电源后,假定是高电平,则T截止,电容C充电。充电回路是CC—R1—R2—C—地,按指数规律上升,当上升到时(TH、端电平大于),输出翻转为低电平。是低电平,T导通,C放电,放电回路为C—R2—T—地,按指数规律下降,当下降到时(TH、端电平小于),输出翻转为高电平,放电管T截止,电容再次充电,如此周而复始,产生振荡,经分析可得

输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2

输出低电平时间T=R2Cln2

振荡周期T=(R1+2R2)Cln2

3.2.3 NE5532P芯片

芯片8脚和4脚分别接正负电源,一块集成芯片内包含有两片运放,即有两个输出脚,分别为1脚和7脚,两个同相输入端3脚和5脚和两个反向输入端2脚和6脚。其极限参数如下:

工作电压Min.(V):±3;工作电压Max.(V):±20;带宽GBW(典型值)(MHz):10;转换速率(典型值)(V/us):9;输入失调电压(25℃,Max.)(mV):4.0@±15 V;最大工作电流

ID(mA):8;

共模抑制比(Min.)(dB):100;电源供电方式:双。

本次利用NE5532接成带通滤波器里面的同相放大器和放大电路里面的反向放大器,可以只用两片NE5532,接电路时正负电源端公用,一个电路接1,2,3脚,另一个电路接5,6,7脚,这样可以节约成本。

3.3 整体电路设计

本设计的整体电路图如图3-7所示。

图3-7 正弦信号发生器设计整体电路图

3.4分立电路的设计及元件参数的选取及计算 3.

4.1 555多谐振荡电路

(3)振荡电路参数计算如下:

HZ

f HZ C R R f F C K R R R K ≤≤K ??+=

=Ω≥KΩ≤≤KΩ=5.192.22

2ln 3221;01.02,13;30311.52解得:)(且根据,令μ

所以,振荡电路可以产生频率为2.2KHZ---19.5KHZ 的方波信号。

3.4.2带通滤波电路

图3-8 555多谐振荡电路部分

(1)如图所示,由555定时器和外接电阻R2、R3和C2构成多谐振荡器,利用电源通过R2、R3向C2充电,以及C2通过R3向放电端DIS 放电,使电路产生振荡。

(2)所接的电源电压为5V ,通过调节R3可以调节振荡器的输出频率。

图3-9 帯通滤波电路

(1)如图所示为两个帯通滤波器串联而成,其目的为使输出的正弦波波形更平整。 (2)R1、C4和R8、C6分别构成两个帯通滤波器的低通滤波电路,C1、R5和C5、R10分别构成两个高通滤波电路。

(3)帯通滤波器各参数计算如下:

KHZ Q R R R R A A Q A A Q QA A A A R C R RC F C C R R uf uf 3.010

3f f |A -3|f -f f :.

197106,6

7

19.2,3,|

3|1

|

-3|f f ;305.5121

21f 3f 01.04112500uf 1p 2p bw uf uf uf

uf uf

up 04

100===

==KΩ=KΩ=+==<-=

∴===KΩ=?==

KH Z ===?=通频带则

,令又最大,令为使品质因数故时,通带放大倍数:当,得根据;设通带中心频率,,令 ππμ

为了使输出波形变的更好,现采用两个带通滤波器串联作为整个设计的滤波电路。 3.4.3反向比例运算放大器

图3-10 反向比例运算放大器

01

.00,

1319≤≤∴-=u u A R R A

因为信号经过前面的滤波电路后,经同相比例放大电路进行了放大,故本放大电路采用反向比例放大电路,降低输出电压的幅度,并且通过调节R14和R15,使输出信号幅度在0V~~~15V 之间可调。

4.调试与仿真

4.1使用的主要仪器和仪表

数字示波器,稳压电源,Multisim12仿真软件,Altium Designer Winter 13 画图软件。

4.2分立电路的仿真(仿真图、操作的步骤、方法和结果) 4.2.1 仿真图

分离电路仿真图见第三章图3-8,3-9,3-10。 正弦信号发生器设计的整体电路图为图3-7。 4.2.2仿真结果

1.用

Multisim12仿真软件进行仿真的效果如下:

频率可调的方波波型:方波的可调频率范围是:2.2KHZ —20KHZ

2.带通滤波器产生的正弦波信号

图4-1 方波信号波形图

图4-2 滤波后的正弦波

3.运算放大器产生幅度可调的正弦波信号

图4-3输出正弦波波形

4.3调试电路的方法和技巧:

(1)调试电路的成功与否,很大程度上取决于电路原理图的绘画合理与否,特别是对于模拟电路来说,如果电路原理图绘画得不合理,再加上电路板的质量不好以及画线与画线之间的干扰,会导致整个电路上的干扰比较大,最后波形会出不来。

(2)在画电路原理图之前,首先用仿真软件Multisim12 对电路进行仿真,观察在理想情况输入理想参数的到的波形,这样再画电路原理图,就可以减少一些错误。

(3)画PCB图最好要用手动布线,因为自动布线会有很多不合理的地方,或者自动布线后在手动调整,布线时尽量避免过多的平行线,线长要最短,这样可以减少干扰。(4)在芯片的位置,最好不要过孔,否则会造成焊接困难,线宽不宜太细,焊盘可适当调整大小,最重要的是要注意各元件的封装。在制作完电路板之后,通电测试前,仔细检查电路板有无存在短路现象,检查芯片,极性电容等元件是否装反或漏装。

5. 总结

这次课程设计的制作中我学习了multisim12与altium designer的使用,初步了解了原理图、PCB板的绘制方法,学会了电路的仿真。在PCB电路板的制作过程中我从同学和老师那里学习了不小制作和调试电路板的方法和经验。

首先是实践必须要有相关的理论知识作为支撑,做设计之前必须要把相关的理论搞清楚,要有总体的设计思想。其次是在制作电路板之前有必要先进行仿真一下,这样有利于减少失误,可以节约成本。这个过程中我也深深的体会到了自己的理论知识的缺乏,基础知识学得不是很好,动手能力还相对较差,以后一定要重视对理论知识的学习。

通过这次课程设计我了解了带通滤波电路在结构上的特点,同时让我更好地掌握了各种电路的分析、调试与计算方法,收悉了振荡电路的各种原理和帯通滤波器的使用方法,更深刻地理解了课本知识。在此次作课程设计过程中,我深深地感受到自己所学知识的有限和对所学知识的生疏,明确了不仅要学课本知识,还要再通过图书馆和网络等各种渠道来扩充自己的知识,并且要学会对所学内容的取舍及分析。总之,从中我学到了如何对待遇到的困难。增强了对所学知识的思考整合能力,培养了自己的思维能力。在做课程设计过程中,老师给了很大的自由发挥的空间,可以自己选题,让我自己运用所学知识去分析和解决实际问题。

课程设计可以培养我们综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题,可以锻炼我们的实践能力,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。

在这课程设计的几天里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多的东西,不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次强化训练使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在具体实践的过程中难免会遇到过各种各样的问题,在设计的过程中,我发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。通过该强化训练,使我对高频电子线路、模拟电子技术和数字电子技术的学习有了一个系统地、整体的认识,把原来零散的章节学习组合成了一个整体,进一步了解了调制的概念,收获很大。

在做multisim仿真与PCB图的绘制的过程中我遇到了很多问题,比如说我认为两根线是连接在一起的,但是放大后却发现两根线是互不相连的,一个节点就可以导致整个实验的失败,可谓是牵一发而动全身,因此,在画电路图时,一定要仔细,把每个点、

每根线都连接好,这样最后调试的时候才不容易出错。在做调制器电路的时候,我把电路连接好后观测不到波形,检查连线都没有问题,最后终于发现原来是我错把-12V的电源弄成+12V的电源了,因此无法观测到波形。在用示波器同时观察两个波形时,可以把其中一个信道的颜色设为红色或者其它颜色,以方便区分。当我看到示波器上清晰地显示出理论波形时,兴奋之情难以言表。

对我而言,从这次强化训练中学到的知识上很重要,精神上的丰收也很重要。挫折是一份财富,经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!

这次课程设计培养了我一丝不苟的科学态度和做学问应有的耐心及恒心,也使我认识到做事要不畏困难和迎难而上的重要要性。

所有的这些将对我以后的学习或工作产生很大的帮助。在此我也想感谢帮助过我的老师和同学。

6. 参考文献

[1] 童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础. [M]北京:高等教育出版社,2006年

[2]阎石.《数字电子技术基础》,北京,高等教育出版社,第五版

[3] 程勇.《实例讲解Multisim 10 电路仿真》人民邮电出版社

附录一

元器件清单

《电子课程设计》元器件清单示例学号: 2011013732 姓名:王菲

2.

电路原理图

- 17 -

3.PCB封装图

- 18 -

铺铜后:

迭代法正弦信号频率估计

频率估计的相位加权平均算法及其迭代方法 在信号处理领域,估计复高斯白噪声环境中的单频复正弦信号的频率是一个十分重要的问题,其应用十分广泛。如在系统频率同步时,利用导频进行频偏估计等。 根据最大似然(ML )准则,解决该问题的最优方法是搜索周期图的谱峰位置,但是,即使采用FFT 快速算法,这种最大似然估计方法仍然具有非常大的运算量。因此,在文献[12]-[16]中提出了一些运算量相对较低的简化算法。要评价这些简化算法的估计性能,信噪比门限是一个重要的指标。某一算法的信噪比门限指的是该算法估计结果的均方误差开始离开CRB (Cramer-Rao bound )时的信噪比值。 文献[12]-[16]提出的方法中,WPA 方法[12]具有最低的运算量,但是其存在信噪比门限随所估计的复正弦信号频率的增大而升高的问题。为了克服这个问题,文献[16]提出了WNLP 方法,该方法可使得信噪比门限在整个[,)ππ-的估计范围内保持不变,但WNLP 方法的信噪比门限较高,当所估计的复正弦信号频率较低时,WNLP 方法的信噪比门限将高于WPA 方法。因此,本文提出了一种基于WPA 方法的迭代方法。该迭代方法不仅能在整个[,)ππ-的估计范围内保持其信噪比门限不变,而且其信噪比门限远低于WNLP 方法的信噪比门限。 .1 相位加权平均法 叠加复高斯白噪声的复正弦信号为: ()()0j n n s n Ae z ωθ+=+ 式中,0,1,2,,1n N =- 。 采样时刻序列表示采样周期的整数倍。主要关心的参量是频率0ω。n z 表示测量噪声。 记加权系数为:

22312212n N n N p N N ??????--?? ?????????=-?????????????? 。 频率的估计为: 11n n n n n x x x x ++=∠-∠=∠ , 2 010N n n n t p x x ?-+==∠∑ 。 式中2 01N n t p -==∑;0?是无偏估计。其中n 为相邻2点的相位差。Kay 提出的频率估 计算法在高信噪比下达到CR 门限。 在较高信噪比SNR > 6dB 时,估计误差可以达到CRB. Kay 方法理论上可以计算的频率范围为(),ππ-,其主要缺点是低信噪比情况下性能较差, 其门限信噪比还会随着待估频率的增大而增大. Kim 等人在Kay 方法的基础上, 针对Kay 方法的高信噪比门限问题,提出了前置矩形滤波器的思路,通过这一预处理, 极大地改善了信噪比门限这一问题,且只增加了少量的计算量, 然而Kim 方法的不足在于其频率估计范围极大地减小. 当前置滤波器为长度为M 的矩形滤波器时, 频率估计器可以获得()1010log M 的增益,但是其频率估计范围仅为(),M M ππ-,这种方法是以减小频率估计范围为代价来达到使频率估计方法适应于低信噪比情况。 另一方面,从最大谱峰搜索这一思路出发FITZ 首先推导出一种快速测频方法,如下式, ()()() (){} 016arg 121J N m m N n R m J J ω=≈-++∑

正弦信号发生器(幅值频率可调)

学号:2011013732 西北农林科技大学 电子技术课程设计报告 题目:正弦信号发生器(幅值频率可调) 学院(系):机械与电子工程学院 专业年级: 学生姓名: 指导教师: 完成日期: 2013年7月3日

目录 1. 设计的任务与要求............................................................. - 2 - 1.1 课题要求................................................................ - 2 - 1.2具体要求................................................................. - 2 - 1.3课题摘要:............................................................... - 2 - 1.4设计步骤:............................................................... - 2 - 2. 设计方案确定................................................................. - 3 - 3. 硬件电路设计................................................................. - 4 - 3.1整体电路框图............................................................. - 4 - 3.2 主要元器件介绍.......................................................... - 4 - 3.2.1 NE555芯片......................................................... - 4 - 3.2.2 555定时器接成多谐振荡器.......................................... - 6 - 3.2.3 NE5532P芯片....................................................... - 6 - 3.3 整体电路设计............................................................ - 7 - 3.4分立电路的设计及元件参数的选取及计算..................................... - 8 - 3.4.1 555多谐振荡电路.................................................. - 8 - 3.4.2带通滤波电路....................................................... - 8 - 3.4.3反向比例运算放大器................................................. - 9 - 4.调试与仿真................................................................... - 10 - 4.1使用的主要仪器和仪表.................................................... - 10 - 4.2分立电路的仿真(仿真图、操作的步骤、方法和结果)........................ - 10 - 4.2.1 仿真图........................................................... - 10 - 4.2.2仿真结果.......................................................... - 10 - 4.3调试电路的方法和技巧:.................................................. - 12 - 5. 总结........................................................................ - 13 - 6. 参考文献.................................................................... - 15 - 附录一......................................................................... - 16 - 1.元器件清单............................................................... - 16 - 2.电路原理图............................................................... - 17 - 3.PCB封装图................................................................ - 18 - 4.3D效果图................................................................. - 21 -

正弦信号发生器的设计

XXXX大学现代科技学院DSP硬件电路设计基础课程设计 设计名称正弦信号发生器的设计 专业班级 学号 姓名DENG 指导教师XXXX

课程设计任务书 注: 上交(大张图纸不必装订) 2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。 日期:2014-12-10

专业班级 XXXXXXX 学号 姓名 DENG 成绩 设计题目 正弦波信号发生器 设计目的 学会使用CCS(Code Composer Studio)集成开发环境软件,在此集成开发环境下完成工程项目创建,程序编写,编译,链接,调试以及数据的分析。同时完成一个正弦波信号发生器的程序的编写,并在集成开发环境下进行模拟运行,观察结果。 设计内容 编写一个产生正弦波信号的程序,在CCS 软件下进行模拟运行,观察输出结果。 设计原理 正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。通常有两种方法可以产生正弦波,分别为查表法和泰勒级数展开法。查表法是通过查表的方式来实现正弦波,主要用于对精度要求不很高的场合。泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号,它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值,且只需要较小的存储空间。本次课程设计只要使用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。 1. 产生正弦波的算法 在高等数学中,正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数,其表达式为 若要计算一个角度x 的正弦和余弦值,可取泰勒级数的前5项进行近似计算。 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

由上述两个式子可以推导出递推公式,即 sin(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x] cos(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x] 由递推公式可以看出,在计算正弦和余弦值时,不仅需要已知cos(x),而且还需要sin[(n-1)x]、sin[(n-2)x]和cos[(n-2)x]。 2. 正弦波的实现 ⑴计算一个角度的正弦值 利用泰勒级数的展开式,可计算一个角度x的正弦值,并采用子程序的调用方式。在调用前先在数据存储器d_xs单元中存放x的弧度值,计算结果存放在d_sinx单元中。 ⑵计算一个角度的余弦值 利用余弦函数展开的泰勒级数的前五项计算一个角度的余弦值,可采用子程序的调用方式来实现。调用前先将x弧度值放在数据存储器d_xc单元中,计算结果存放在d_cosx单元中。 ⑶正弦波的实现 利用计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波。其实现步骤如下:第一步:利用sin_start和cos_start 子程序,计算 45°~0°(间隔为 0.5°)的正弦和余弦值; 第二步:利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)公式,计算 90°~0°的正弦值(间隔为1°);第三步:通过复制,获得359°~0°的正弦值; 第四步:将359°~0°的正弦值重复从PA口输出,便可得到正弦波。 在实际应用中,正弦波是通过D/A口输出的。选择每个正弦周期中的样点数、改变每个样点之间的延迟,就能够产生不同频率的波形,也可以利用软件改变波形的幅度以及起始相位。 总体方案设计 1. 总体实现方案 我们知道一个角度为x的正弦和余弦函数,都可以展开为泰勒级数,且其前五项可以看为:

正弦波-方波-三角波信号发生器设计要点

苏州科技学院天平学院 模拟电子技术课程设计指导书 课设名称正弦波-方波-三角波信号发生器设计 组长李为学号1232106101 组员谢渊博学号1232106102 组员张翔学号1232106104 专业电子物联网 指导教师 二〇一二年七月 模拟电子技术课程设计指导书

一设计课题名称 正弦波-方波-三角波信号发生器设计 二课程设计目的、要求与技术指标 2.1课程设计目的 (1)巩固所学的相关理论知识; (2)实践所掌握的电子制作技能; (3)会运用EDA工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计;(4)通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则; (5)掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题; (6)学会撰写课程设计报告; (7)培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风; (8)完成一个实际的电子产品,提高分析问题、解决问题的能力。 2.2课程设计要求 (1)根据技术指标要求及实验室条件设计出电路图,分析工作原理,计算元件参数;(2)列出所有元器件清单; (3)安装调试所设计的电路,达到设计要求; 2.3技术指标 (1)输出波形:方波-三角波-正弦波; (2)频率范围:100HZ~200HZ连续可调;

(3)输出电压:正弦波-方波的输出信号幅值为6V.三角波输出信号幅值为0~2V连续可调; γ。 (4)正弦波失真度:% ≤ 5 三系统知识介绍 3 函数发生器原理 本设计要求产生三种不同的波形分别为正弦波\方波\ 三角波。实现该要求有多种方案。 方案一:首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波。 方案二:首先产生方波——三角波,再将方波变成正弦波或将三角波变成正弦波。 3.1函数发生器的各方案比较 我选的是第一个方案,上述两个方案均可以产生三种波形。方案二的电路过多连接部方便而且这样用了很多元器件,但是方案的在调节的时候比较方便可以很快的调节出波形。方案一电路简洁利于连接可以节省元器件,但是在调节波形的时候会比较费力,由于整个电路时一起的只要调节前面部分就会影响后面的波形。 四电路方案与系统、参数设计 4.1基于集成运算放大器与晶体管差分放大器的函数发生器 4.1.1设计思路 我们组总体设计思路为:先通过比较器产生方波,方波通过积分器产生三角波,三角波通过差分放大器产生正弦波。 函数发生器电路组成框图如下所示

基于LabVIEW的正弦信号频率与相位测量

基于LabVIEW 的正弦信号频率与相位测量 1. 前言 信号频率与相位的测量具有重要的实际意义。本文调研了频率与相位的多种测量算法,并借助LabVIEW 编程实现。在此基础上,对各种算法进行了比较研究,且提出了行之有效的改进措施。 2. 采样定理与误差分析 2.1 采样定理 时域信号()f t 的频谱若只占据有限频率区间m m ωω(-,),则信号可以用等间隔的采样值唯一表示,而最低采样频率为m 2f 。采样定理表明:信号最大变化速度决定了信号所包含的最高频率分量,要使采样信号能够不失真地反映原信号,必须满足在最高频率分量的一个周期内至少采样两个点。 2.2 误差分析 对连续周期信号()a x t 进行采样得离散序列()d x n ,如果满足采样定理,则离散序列 ()d x n 的傅里叶级数()dg X k 是连续信号()a x t 的傅里叶级数1()ag X k ω的周期延拓,否则会 出现两种形式的误差。 2.2.1 泄漏误差 在连续信号()a x t 一个周期1T 内采样1N 个点,如果正好满足11s N T T =(s T 为采样间隔),则是完整周期采样,采样结果()d x n 仍为周期序列,周期为1N 。基于()d x n 一个周期1N 个点计算离散傅里叶级数()dg X k ,由()dg X k 可以准确得到连续信号()a x t 的傅里叶级数 1()ag X k ω。如果在连续信号()a x t 的M 个周期时间内采样整数1N 个点,即11s N T MT =, 也是完整周期采样。在此情况下,采样结果()d x n 仍为周期序列,周期为1N ,但()d x n 的一个周期对应于()a x t 的M 个周期,由离散序列()d x n 仍然可以准确得到连续信号()a x t 的

利用Matlab绘制正弦信号的频谱图并做相关分析

利用Matlab绘制正弦信号的频谱图并做相关分析

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: ?

利用Matlab绘制正弦信号的频谱图并做相关分析 一、作业要求: 1、信号可变(信号的赋值、相位、频率可变); 2、采样频率fs可变; 3、加各种不同的窗函数并分析其影响; 4、频谱校正; 5、频谱细化。 二、采用matlab编写如下程序: clear; clf; fs=100;N=1024; %采样频率和数据点数 A=20;B=30;C=0.38; n=0:N-1;t=n/fs; %时间序列 x=A*sin(2*pi*B*t+C); %信号 y=fft(x,N); %对信号进行傅里叶变换 yy=abs(y); %求得傅里叶变换后的振幅 yy=yy*2/N; %幅值处理 f=n*fs/N; %频率序列 subplot(3,3,1),plot(f,yy);%绘出随频率变化的振幅 xlabel('频率/\itHz'); ylabel('振幅'); title('图1:fs=100,N=1024'); gridon; %两种信号叠加, x=A*sin(2*pi*B*t+C)+2*A*sin(2*pi*1.5*B*t+2.5*C); %信号 y=fft(x,N); %对信号进行傅里叶变换 yy=abs(y);%求得傅里叶变换后的振幅 yy=yy*2/N; %幅值处理 f=n*fs/N; %频率序列 subplot(3,3,2),plot(f,yy);%绘出随频率变化的振幅 xlabel('频率/\itHz'); ylabel('振幅'); title('图2:fs=100,N=1024,两种信号叠加'); gridon; %加噪声之后的图像 x=A*sin(2*pi*B*t+C)+28*randn(size(t)); y=fft(x,N); yy=abs(y); yy=yy*2/N;%幅值处理 subplot(3,3,3),plot(f(1:N/2.56),yy(1:N/2.56)); xlabel('频率/\itHz'); ylabel('振幅'); title('图3:fs=100,N=1024混入噪声');

电子测量复习题解答

一、填空题 1、在选择仪器进行测量时,应尽可能小的减小示值误差,一般应使示值指示在仪表满刻度值的___2/3__ 以上区域。 2、随机误差的大小,可以用测量值的____标准偏差____ 来衡量,其值越小,测量值越集中,测量的____精密度____ 越高。 3、设信号源预调输出频率为1MHz ,在15 分钟内测得频率最大值为1.005MHz ,最小值为998KHz ,则该信号源的短期频率稳定度为___0.7%___ 。 4、信号发生器的核心部分是振荡器。 5、函数信号发生器中正弦波形成电路用于将三角波变换成正弦波。 6、取样示波器采用非实时取样技术扩展带宽,但它只能观测重复信号。 7、当观测两个频率较低的信号时,为避免闪烁可采用双踪显示的____断续____方式。 8、BT-3 型频率特性测试仪中,频率标记是用一定形式的标记来对图形的频率轴进行定量,常用的频标有___针形频标_____ 和____菱形频标_____ 。 9、逻辑分析仪按其工作特点可分逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪。 10、指针偏转式电压表和数码显示式电压表测量电压的方法分别属于____模拟__ 测量和___数字___ 测量。

1、测量误差是测量结果与被测值的差异。通常可以分为 绝对误差 和 相对误差 。 2、在测量数据为正态分布时,如果测量次数足够多,习惯上取 3σ 作为判别异常数据的界限,这称为莱特准则。 3、交流电压的波峰因数P K 定义为 峰值与有效值之比 ,波形因 数F K 定义为 有效值与平均值之比 。 4、正弦信号源的频率特性指标主要包括 频率范围 、频率准确度 和 频率稳定度 。 5、频谱分析仪按信号处理方式不同可分为 模拟式 、 数字式 和模拟数字混合式。 6、逻辑笔用于测试 单路信号 ,逻辑夹则用于 多路信号 。 7、当示波器两个偏转板上都加 正弦信号 时,显示的图形叫李沙育图形,这种图形在 相位 和频率测量中常会用到。 8、在示波器上要获得同步图形,待测信号周期y T 与扫描信号周期x T 之比要符合 y x nT T 。 1、按照误差的基本性质和特点,可把误差分为 系统误差 、 随机误差、 和 粗大误差 。 2、按检波器在放大器之前或之后,电子电压表有两种组成形式,即 放大-检波式 和 检波-放大式 。 3、在双踪示波器的面板上,当“微调”增益控制旋钮顺时针方向转

基于单片机正弦波有效值的测量

基于单片机正弦波有效值的测量 一.简介 本作品以单片机STC12C5A60S2为主控芯片并以此为基础,通过二极管1N5819实现半波整流,使用单片机内部自带10位AD对整流后的输入信号进行采样,从而实现对峰值的检测;同时通过运放LM837对输入信号进行放大,之后通过施密特触发器,将原始信号整形成可被单片机识别的标准脉冲波形,之后配合内部计数器(定时器)达到测量其频率的目的;这样,整流和AD采样实现对输入信号峰值的检测;通过放大、整形实现对输入信号频率的检测。 二.基本功能与技术指标要求 (1)输入交流电压:1mV~50V,分五档: ①1mV~20mV,②20mV~200mV,③200mV~2V,④2V~20V,⑤20v~50V。 (2)正弦频率;1Hz~100kHz; (3)检测误差:≤2%; (4)具有检测启动按钮和停止按钮,按下启动按钮开始检测,按下停止按钮停止检测; (5)显示方式:数字显示当前检测的有效是,在停止检测状态下,显示最后一次检测到的有效值; (6)显示:LCD,显示分辨率:每档满量程的0.1%; 三.理论分析 本文要求输入交流信号,通过电路测量其峰值,频率,有效值以

及平均值,因为输入的交流信号为模拟信号,而一般处理数据使用的主控芯片单片机处理的是数字信号,所以我们选择使用数模转换器AD(Analog to Digital Converter)将输入的模拟信号转换为数字信号,并进行采样;由于要求输入交流信号电压峰峰值Vpp为 50mV~10V,所以如果我们采用AD为8位,则最小采样精度为 ,因此会产生78.4%的误差,并且题目要求输入交流信号的频率范围为40Hz~50kHz,所以为了保证对高频率信号的单周期内采样个数,我们需要选择尽量高速度的AD; 因此我们选用使用单片机STC12C5A60S2,其内部自带AD为8路10位最高速度可达到250KHz,所以我们可以将最小采样精度缩小到 ,并且在输入交流信号频率最大时(50KHz)在单个周期内可采集5个点,因此可保证测量精度。 由于该AD只能接受0~5V的模拟信号输入,所以当我们直接输入一个双极性信号时可能损坏AD,因此当信号进入AD之前我们要进行半波整流,为此我们设计了整流电路,在交流信号通过整流电路输入AD 后,由AD实时输出对应模拟信号大小的二进制数,并存入变量MAX 中,随着信号的不断输入MAX中只保存AD输出过的最大值,这样既 可测出输入信号的峰值;由交流信号有效值表达式 可知检波器应当首先把输入的瞬时电压平方, 然后在一定平均时间内取平均值再开方。即可得到交流信号的有效值,然后通过比较峰值

正弦信号发生器(2012)(DOC)

正弦信号发生器 摘要:本系统以MSP430和DDS为控制核心,由正弦信号发生模块、功率放大模块、频率调制(FM)、幅度调制(AM)模块、数字键控(ASK,PSK)模块以及测试信号发生模块组成。采用数控的方法控制DDS芯片AD9851产生1kHz~10MHz正弦信号;经滤波、放大和功放模块达到正弦信号输出电压幅度 =6V±1V 并具有一定的驱动能力的功能;产生载波信号可设定的AM、FM信号;二进制基带序列码由CPLD产生,在100KHz固定载波频率下进行数字键控,产生ASK,PSK 信号且二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号可自行产生。 关键词:DDS;宽频放大;模拟调频;模拟调幅。 一、方案比较与论证 1.方案论证与选择 (1)正弦信号产生部分 方案一:使用集成函数发生器芯片ICL8038。 ICL8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波四种不同的波形,将他作为正弦信号发生器。它是电压控制频率的集成芯片,失真度很低。可输入不同的外部电压来实现不同的频率输出。为了达到数控的目的,可用高精度DAC来输出电压以控制正弦波的频率。 方案二:锁相环频率合成器(PLL) 锁相环频率合成器(PLL)是常用的频率合成方法。锁相环由参考信号源、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器几个部分组成。通过鉴相器获得输出的信号FO与输入信号Fi的相位差,经低通滤波器转换为相应的控制电压,控制VCO输出的信号频率,只有当输出信号与输入信号的频率于相位完全相等时,锁相环才达到稳定。如果在环路中加上分频系数可程控的分频器,即可获得频率程控的信号。由于输出信号的频率稳定度取决于参考振荡器信号fi ,参考信号fi 由晶振分频得到,晶振的稳定度相当高,因而该方案能获得频率稳定的信号。一般来说PLL的频率输出范围相当大,足以实现1kHz-10MHZ的正弦输出。如果fi=100Hz 只要分频系数足够精细(能够以1步进),频率100Hz步进就可以实现。 方案三:直接数字频率合成(DDS) DDS是一种纯数字化方法。它现将所需正弦波一个周期的离散样点的幅值数字量存入ROM中,然后按一定的地址间隔(相位增量)读出,并经DA转换器形成模拟正弦信号,再经低通滤波器得到质量较好的正弦信号,DDS原理图如图1所示:

EDA课程设计-正弦信号发生器的设计

《EDA技术》设计报告 设计题目正弦信号发生器的设计 院系:信息工程学院 专业:通信工程____ 学号: 姓名:__________

一.设计任务及要求 1.设计任务: 利用实验箱上的D/A 转换器和示波器设计正弦波发生器,可以在示波器上观察到正弦波 2.设计要求: (1) 用VHDL 编写正弦波扫描驱动电路 (2)设计可以产生正弦波信号的电路 (3)连接实验箱上的D/A 转换器和示波器,观察正弦波波形 二.设计方案 (1)设计能存储数据的ROM 模块,将正弦波的正弦信号数据存储在在ROM 中,通过地址发生器读取,将正弦波信号输入八位D/A 转化器,在示波器上观察波形 (2)用VHDL 编写正弦波信号数据,将正弦波信号输入八位D/A 转化器,在示波器上观察波形 三.设计框图 图 1 设计框图 信号发生器主要由以下几个部分构成:计数器用于对数据进行采样,ROM 用于存储待采样的波形幅度数值,TLV5620用于将采集的到正弦波数字量变为模拟量,最后通过示波器进行测量获得的波形。其中,ROM 设置为7根地址线,8个数据位,8位并行输出。TLV5260为串行输入的D/A 转换芯片,因此要把ROM 中并行输出的数据进行并转串。 四.实现步骤 1.定制ROM 计 数 器 7根地址线 8 位 R O M 并转串输出 CLK TLV5620D/A 转换 RST

ROM的数据位选择为8位,数据数选择128个。利用megawizard plug-in manager定制正弦信号数据ROM宏功能块,并将上面的波形数据加载于此ROM中。如图3所示。 图2 ROM存储的数据 图3 调入ROM初始化数据文件并选择在系统读写功能 2.设计顶层

正弦信号发生器方案设计

正弦信号发生器设计方案 一、方案比较论证 所有方案可按模拟式和数字式分为两大类 模拟式: ①利用电阻、电容、运放等传统器件搭建LC或RC正弦信号发生器。通过改变电路中的 元件的参数值来调节输出频率。这种方式成本低廉,但由于采用大量分立器件,受其工作原理的限制频率稳定度较低(只有10-3量级)。另外实现扩展功能中的各种调制等也比较麻烦,电路复杂,调试困难,精度差。 ②采用专用信号发生芯片MAX038来实现正弦信号波形的输出。是美信公司的低失真单片 信号发生集成电路,内部电路完善,使用该器件能够产生精确的高频三角、锯齿、正弦及方波。使用该芯片设计简单,但扩展功能电路部分实现起来和采用分立器件同样复杂,而且频率精度和稳度均难以达到要求。 ③采用基于锁相环(PLL)技术或者非线性器件频率变换技术的频率合成器。由晶体振荡 器和锁相环组成的系统中,前者保证工作频率稳定度,后者完成输出频率的调整,但是这时输出频率只能是晶体谐振频率的整数倍。故虽然频率稳定能达到要求却很难做到频率输出范围1KHZ—10MHZ和100HZ步进的要求。 数字式: ①采用AD公司专用的DDS芯片AD9851合成FM和AM的载波,采用传统的模拟调制 方式来实现AM调制和FM调制。但该方案需要额外的模拟调制FM和AM的调制电路,且制作和调制电路都比较麻烦,还难免引入一定的干扰,而且此方案中的PSK调制也不容易实现。 ②采用AD公司的AD9856作为调制芯片,是内含DDS的正交调制芯片,可以实现多进 制的数字幅度调制,多进制的数字相位调制和多进制的数字幅度相位联合调制。故AM 调制,PSK调、ASK调制都可以通过它实现但是AD9856不便于调频且控制复杂。 ③利用微处理器和DAC实现DDS信号产生器。微处理器能够实现DDS的电路结构,即 实现相位累加器、波形的数据表、同时实现数字/模拟转换器的控制时序。利用微处理器完成加法运算需要读取的数据进行运算,再把运算结果送到目标单元。由于微处理器工作的顺序性,这时的相位累加频率将比微处理器的时钟频率低得多。同时微处理器还要完成人机交互的相关任务,故这种方案输出频率受到很大限制。 ④利用微处理器和可编程逻辑器件实现DDS信号产生器。微处理器程序执行的顺序性限 制了它的工作速度,可编程逻辑器件的并行运行能力使它适用于高速工作的场合。同时FM、AM、PSK、ASK调制均由FPGA在数字域内完成,大大简化了电路,同时具有良好的精度和可控性。微处理器完成键盘输入,液晶显示等人机交换任务。 综上所述:数字类的第四方案为最优选择。

用示波器测量信号的电压及频率

用示波器测量信号的电压及频率 长江大学马天宝应物1203班 1、示波器和使用 -【实验目的】 1.了解示波器的大致结构和工作原理。 2.学习低频信号发生器和双踪示波器的使用方法。 3.使用示波器观察电信号的波形,测量电信号的电压和频率。 【实验原理】 一、示波器原理 1.示波器的基本结构 示波器的种类很多,但其基本原理和基本结构大致相同,主要由示波管、电子放大系统、扫描触发系统、电源等几部分组成,如图4.9-1所示。 (1)示波管 示波管又称阴极射线管,简称CRT,其基本结构如图4.9-2所示,主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分。 电子枪:由灯丝、阳极、控制栅极、第一阳极、第二阳极五部分组成。灯丝通电后,加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒,被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒,套在阴极外面,它的电位相对阴极为负,只有初速达到一定的电子才能穿过栅极顶端的小孔。因此,改变栅极的电位,可以控制通过栅极的电子数,从而控制到达荧光屏的电子数目,改变屏上光斑的亮度。示波器面板上的“亮度”旋钮就是起这一作用的。阳极电位比阴极高得多,对通过栅极的电子进行加速。被加速的电子在运动过程中会向四周发散,如果不对其进行聚焦,在荧光屏上看到的将是模糊一片。聚焦任务是由阴极、栅极、阳极共同形成的一种特殊分布的静电场来完成的。这一静电场是由这些电极的几何形状、相对位置及电位决定的。示波器面板上的“聚焦”旋钮就是改变第一阳极电位用的,而“辅助聚焦”就是调节第二阳极电位用的。 偏转系统:它由两对互相垂直的平行偏转板——水平偏转板和竖直偏转板组成。只有在偏转板上加上一定的电压,才会使电子束的运动方向发生偏转,从而使荧光屏上光斑的位置发生改变。通常,在水平偏转板上加扫描信号,竖直偏转板上加被测信号。. 荧光屏:示波管前端的玻璃屏上涂有荧光粉,电子打上去它就会发光,形成光斑。荧光材料不同,发光的颜色不同,发光的延续时间(余辉时间)也不同。玻璃屏上带有刻度,供测量时使用。 (2)电子放大系统 为了使电子束获得明显的偏移,必须在偏转板上加上足够的电压。被测信号一般比较弱,必须进行放大。竖直(Y轴)放大器和水平(X轴)放大器就是起这一作用的。 (3)扫描与触发系统 扫描发生器的作用是产生一个与时间成正比的电压作为扫描信号。触发电路的作

正弦信号发生器

正弦信号发生器[2005年电子大赛一等奖] 2008年06月15日星期日 17:06 摘要:以SPCE061A单片机为核心,通过DDS合成技术设计制作了一个步进值能任意调节的多功能信号源。该信号源在1KHz~10MHz范围能输出稳定可调的正弦波,并具有AM、FM、ASK和PSK等调制功能。信号输出部分采用低损耗电流反馈型宽带运放作电压放大,很好地解决了带宽和带负载能力的要求。系统带中文显示和键盘控制功能,操作简便,实现效果良好。 一、方案论证 1、信号产生 方案一:使用传统的锁相频率合成的方法。要求产生1KHz到10MHz的信号,用锁相环直接产生这么宽的范围很困难,所以先产生50.001M到60M的可调信号,然后把此信号与一个50M的本振混频,得到需要的频率。此方法产生的频率稳定度高,但波形频谱做纯很困难,幅度也不恒定,实现也麻烦。 方案二:采用专用DDS芯片产生正弦波。优点:软件设计,控制方便,电路易实现,容易直接达到题目要求的频率范围和步进值,且稳定性和上法一样,频谱纯净,幅度恒定,失真小。 综上所述,选择方案二用专用DDS芯片AD9850产生正弦波。AD9850是采用DDS技术、高度集成化的器件,当它在并行工作方式时,有8根数据线、3根控制线与单片机相连。AD9850的频率控制字为: 其中FTW为频率控制字,为要输出的正弦的频率,为系统时钟的频 率,由晶振产生。 2、模拟频率调制 方案一:使用内调制(软件调制),通过单片机中断,对外来模拟调制信号进行采样,采样速率为32KHz,然后对采样值进行转换,把电压转换成对应的频偏,然后转换成相应的频率控制字送DDS,以实现对1KHz正弦信号的调频,这样可以满足最大频偏的精度要求。 方案二:使用外调制,通过锁相环控制DDS总时钟,在锁相环电路中进行频率调制,来改变DDS输出信号频率,间接实现调频,这样实现简单,频域内频谱连续,但是很难做到精确的10KHz和5KHz的最大频偏。 综合以上方案,选择方案一,实际中要求调制信号是固定不变的1KHz正弦信号,所以,我们直接把正弦信号存储在单片机中,并且换算好频率控制字。 3、模拟幅度调制 方案一:使用二极管调幅电路。较常用的二极管调幅电路有二极管平衡调幅电路和二极管环形调幅电路。但由于二极管的特性不一致,会造成电路不可能完全对称,造成控制信号的泄漏。 方案二:充分利用单片机SPCE061A的资源,1K的调制信号使用单片机的DA 口输出,经滤波放大后送MC1496与DDS产生的载波进行混频,这样效果非常好,而且成本低。 综合以上方案,选择方案二。 4、ASK和PSK数字调制

正弦信号参数测量报告

正弦波参数分析仪 设计报告

摘要 本作品以MSP430单片机为控制核心,由波形变换电路、峰值检测电路、显示电路、单片机自带AD转换电路组成。将信号变为方波后可直接由单片机测出其的频率,其峰值由峰值检测电路转换为直流信号并被单片机测量。 关键字:正弦信号;频率;峰值;MSP430单片机; Abstract This design take MSP430 MCU as control core, Provided by the waveform conversion circuit, the Peak detection circuit,the display circuit, AD conversion circuit in MCU. The frequency of Signal can be directly measured by the microcontroller when it is transformed as square wave , its peak by the peak detector circuit is converted into a DC signal and SCM measurements. Keyword:sinusoidal signal;frequency;Peak;MSP430 microcontroller; 一、系统方案论证与比较 1、频率测量方案选择 方案一:采用计数器芯片74LS161和8253。该计数器芯片可以精确地对矩形波信号进行计数并直接与单片机交换数据,但其测量频率很有限,外围电路复杂,价格较贵。 方案二:利用MSP430单片机内部含有两个定时/中断计数器,且每个定时/计数器均含有16位,可以通过定时器实现测频与测周,能够很好的满足测量频率为高频或是低频时的测量要求。 最终选择方案二,同时为了提高频率计的量程,分别对高频和低频信号采用测频和测周的测量方法。且由此设计的频率计具有精度高、测量时间短,耗能少,使用方便等优点。 2、峰值测量方案选择 方案一:以运放、二极管以及电容器组成精密峰值保持电路,并通过ADC 对保持电路幅度进行测量,同时电路中引入反馈电路,实现方便对输出进行调试。 方案二:模拟直接运算变换法。根据有效值数学定义用集成组件乘法器、开方器等一次对被测信号进行平方、平均值和开方等计算,直接得出输入信号的有效值。在这种电路设计中,当输入信号幅度变小时,平方器输出电压的平均值下降很快,输出很小,往往与失调和漂移电压混淆,因此该电路的动态范围很窄,且精度不高。 最终采用方案一,其电路实现简单,价格低廉,调试方便,加入反馈电路能对输入信号进行更加准确的测量。

正弦波函数信号发生器

电子技术课程设计报告 电子技术课程设计报告——正弦波函数信号发生器的设计 作品40% 报告 20% 答辩 20% 平时 20% 总分 100% 设计题目:班级:班级学号:学生姓名:

目录 一、预备知识 (1) 二、课程设计题目:正弦波函数信号发生器 (2) 三、课程设计目的及基本要求 (2) 四、设计内容提要及说明 (3) 4.1设计内容 (3) 4.2设计说明 (3) 五、原理图及原理 (8) 5.1功能模块电路原理图 (9) 5.2模块工作原理说明 (10) 六、课程设计中涉及的实验仪器和工具 (12) 七、课程设计心得体会 (12) 八、参考文献 (12)

一、预备知识 函数发生器是一种在科研和生产中经常用到的基本波形生产期,现在多功能的信号发生器已经被制作成专用的集成电路,在国内生产的8038单片函数波形发生器,可以产生高精度的正弦波、方波、矩形波、锯齿波等多种信号波,这中产品和国外的lcl8038功能相同。产品的各种信号频率可以通过调节外接电阻和电容的参数进行调节,快速而准确地实现函数信号发生器提供了极大的方便。发生器是可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带,也可用作高频信号发生器的外调制信号源。顾名思义肯定可以产生函数信号源,如一定频率的正弦波,有的可以电压输出也有的可以功率输出。下面我们用简单的例子,来说明函数信号发生器原理。 (a) 信号发生器系统主要由下面几个部分组成:主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器(输出变压器)和指示电压表。 (b) 工作模式:当输入端输入小信号正弦波时,该信号分两路传输,其一路径回路,完成整流倍压功能,提供工作电源;另一路径电容耦合,进入一个反相器的输入端,完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理,变换成方波后经输出。输出端为可调电阻。 (c) 工作流程:首先主振级产生低频正弦振荡信号,信号则需要经过电压放大器放大,放大的倍数必须达到电压输出幅度的要求,最后通过输出衰减器来直接输出信号器实际可以输出的电压,输出电压的大小则可以用主振输出调节电位器来进行具体的调节。 它一般由一片单片机进行管理,主要是为了实现下面的几种功能: (a) 控制函数发生器产生的频率; (b) 控制输出信号的波形; (c) 测量输出的频率或测量外部输入的频率并显示; (d) 测量输出信号的幅度并显示; (e) 控制输出单次脉冲。 查找其他资料知:在正弦波发生器中比较器与积分器组成正反馈闭环电路,方波、三角波同时输出。电位器与要事先调整到设定值,否则电路可能会不起振。只要接线正确,接通电源后便可输出方波、三角波。微调Rp1,使三角波的输出幅度满足设计要求,调节Rp2,则输出频率在对应波段内连续可变。 调整电位器及电阻,可以使传输特性曲线对称。调节电位器使三角波的输出幅度经R输出等于U值,这时输出波形应接近正弦波,调节电位器的大小可改善波形。 因为运放输出级由PNP型与NPN型两种晶体管组成复合互补对称电路,输

噪声中正弦信号的经典法频谱分析

实验报告 一、实验名称 噪声中正弦信号的经典法频谱分析 二、实验目的 通过对噪声中正弦信号的经典法频谱分析,来理解和掌握经典谱估计的知识,以及学会应用经典谱估计的方法。 三、基本原理 1.周期图法:又称直接法。把随机信号)(n x 的N 点观察数据)(n x N 视为一能量有限信号,直接取)(n x N 的傅里叶变换,得)(jw N e X ,然后再取其幅值的平方,并除以N ,作为对)(n x 真 实的功率谱)(jw e P 的估计,以)(?jw PER e P 表示用周期图法估计出的功率谱,则2)(1)(?w X N w P n PER =。 2.自相关法:又称为间接法功BT 法。先由)(n x N 估计出自相关函数)(?m r ,然后对)(?m r 求傅里叶变换得到)(n x N 的功率谱,记之为)(?w P BT ,并以此作为对)(w P 的估计,即1,)(?)(?-≤=--=∑N M e m r w P jwm M M m BT 。 3.Bartlett 法:对L 个具有相同的均值μ和方差2σ的独立随机变量1X ,2X ,…,L X ,新随机变量L X X X X L /)(21+++= 的均值也是μ,但方差是L /2σ,减小了L 倍。由此得 到改善)(?w P PER 方差特性的一个有效方法。它将采样数据)(n x N 分成L 段,每段的长度都是M ,即N=LM ,第i 段数据加矩形窗后,变为L i e n x M w x M n jwn i N I PER ≤≤=∑-=-1,)(1)(?2 10 。把)(?w P PER 对应相加,再取平均,得到平均周期图2 1110 )(1)(?1)(∑∑∑==-=-==L i L i M n jwn i N i PER PER e n x ML w P L w P 。 4.Welch 法:它是对Bartlett 法的改进。改进之一是,在对)(n x N 分段时,可允许每一段的数据有部分的交叠。改进之二是,每一段的数据窗口可以不是矩形窗口,例如使用汉宁窗或汉明窗,记之为)(2n d 。这样可以改善由于矩形窗边瓣较大所产生的谱失真。然后按Bartlett

相关主题
相关文档 最新文档