信号波形合成实验设计报告
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2011-08-06
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信号波形合成实验电路设计报告
摘 要：本系统采用方波振荡器、带通滤波器、移相电路以及加法器作为核心电
路，辅以 16 位超低功耗单片机 MSP430F169 进行幅度测量，实现了信号波
形合成实验电路的设计。本系统主要由文氏桥振荡器和比较器产生 10KHz 的
方波，然后采用集成滤波器芯片构成带通滤波器分别获得基波、三次谐波和五
次谐波，经放大器电路调理至一定幅值后由移相电路进行相位调节，最后由加
法器电路合成方波或三角波。该设计由基波、三次谐波以及五次谐波进行加法
运算，实现了近似方波和三角波的合成，以及各个正弦波幅度的测量和显示。
关键词：信号波形合成；方波振荡器；带通滤波器；移相；加法器
一、系统方案设计与论证
经过系统的分析和论证，信号波形合成电路的设计中重要的环节包括稳定
的 10kHz 方波的产生，基波、三次谐波和五次谐波的获取，以及移相电路的设
计。对于基波、三次谐波和五次谐波的提取，需要设计出窄带带通滤波器，这
是问题的关键。
1、方波振荡器方案比较
方案一：采用 555 定时器和比较器实现方波振荡器。555 集成定时器是一
种数字—模拟混合集成电路，能方便的构成多谐振荡器。此方案结构简单，使
用灵活，用途十分广泛。但是，由 555 定时器构成的多谐振荡器输出波形频率
的不稳定性会增加后级波形处理的难度。
方案二：采用晶体振荡电路构成方波振荡器。晶体振荡电路具有稳定的固
有频率，适用于对振荡频率的稳定性要求高的电路。但是，由于晶体振荡频率
的相对较高，要得到 10KHz 的信号，需使用相应的分频电路，分频电路的不稳
定性也同样给后级信号处理带来难度。
方案三：采用文氏桥振荡电路实现方波振荡器。文氏桥振荡电路是由 RC 构
成的桥臂和纯电阻构成的桥臂组成的电桥电路。此方案设计灵活方便，频率稳
定度较高，易于获得所需频率点。
综上所述，基于文氏桥振荡电路灵活、易于实现，性能稳定等优点，我们选
择方案三作为方波振荡器方案。
2、带通滤波器方案比较
方案一： 采用无源 LC 带通滤波器实现。此方案可以从滤波器设计手册上
查表得到相关参数以组合电路。此方案电路简单，但要实现窄带带通滤波器，
对于电感、电容的匹配来说相当困难。
方案二： 采用 RC 有源带通滤波器实现。此方案灵活性高，可以运用 TI 滤
波器设计软件 FilterPro 辅助设计。但是，要实现窄带带通滤波器，必须做到高
阶带通滤波器，以致于电路复杂度较高，电阻、电容的匹配较困难。
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