“信号波形分离及合成”大综合电路设计题目

一、     课题的任务

课题任务：对一个特定频率的方波进行变换产生3个不同频率的正弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波。

电路方框图：

图1 课题参考实现方案

要求：（1）6人-7人为一个小组，请各班课代表将组队名单（包括小组长）交给指导教师。

（2）在购买元器件清单之前，要将仿真报告上传到指导教师的邮箱上，或BB平台上，经确认后以班级为单位购买元器件，发票统一开1张，发票单位是中国计量学院，（其中通用板、导线、焊锡丝由老师提供）。

（3）6人为一个小组完成上述电路(可以分工分为两个模块实现)。

小组长分工要注意协调、合理，加强团队合作精神。（如部分人做振荡电路、部分人做分频电路，最终合成一个产品）。

（4）最终综合报告模板请见相关通知（每小组提交一份报告，手写中国计量学院信纸）。

（5）制作完成后以小组为单位答辩，每人负责回答相关电路一个问题。

（6）仿真报告上交时间为第10周，第11周各小组购买电子元器件（每组不超过50元，可以以班级为单位购买，注意开中国计量学院发票），第12周开始焊接调试。16周前全部答辩上交实物作品及综合报告。

（7）开放时间：为了便于学生调试，搭接电路，12周-15周周六全天实验室303室、302室对同学开放。

二、要求

（1）方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz和30kHz的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系；

（2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；

（3）制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kHz和30kHz正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V，合成波形的形状如图2所示。

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图2  利用基波和3次谐波合成的近似方波

（4）再产生50kHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波形更接近于方波，如图3所示；

图3  利用基波和3、5次谐波合成的近似方波

（5）美观布线等其它。

（6）创新功能（此项可以不做）

A根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的10kHz、30kHz等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形如图4所示；

图4 利用基波和3谐波合成的近似三角波

B可设计一个正弦信号幅度测量电路，以测量出产生的10KHz、30KHz和50KHz正弦波的的幅度值。

三、温馨提示：

课题要求是首先设计制作一个300KHz的方波发生器，并在这个方波上进行分频；必要的信号转换，分别产生10KHz、30KHz和50KHz的正弦波，然后对这三个正弦波进行频率合成，合成后的目标信号为10KHz近似方波。

综合实验设计报告

题目：信号波形分离及合成的大综合电路

二级学院：机电工程学院

指导老师：吴霞

队员姓名：

日期：20##年10月27日

信号波形分离及合成的大综合电路设计题目

一、课题的任务和要求

课题任务是对一个特定频率的方波进行变换产生3个不同频率的正弦信号，再将这些正弦信号合成为近似方波和近似三角波。

二、实现方案的对比与分析

1．基本方波发生器方案的对比与分析

方案一：采用ICL8038搭建信号发生电路，需要调节电阻来控制输出方波信号的频率，可产生低失真度的正弦波、三角波、矩形波，但300khz是它的上限频率。

方案二：采用NE555多谐振荡器。由自激产生方波。产生的方波除基波成分外，还含有过多的高次谐波成分，其频率不易控制。但产生过程简单，后续电路对产生的波形有矫正作用。

   经对比，我们采用方案二，作为方波发生电路。

2．波形变换电路方案的对比与分析

1） 分频方案的选择

方案一：采用D触发器。仅能实现2ⁿ（n=1,2,3…）分频，无法同时实现将信号奇数分频的功能。

方案二：采用十六进制计数器。可实现2～15任意分频，可满足对输入的单一信号分频出20KHz、60KHz及100KHz的信号，再将信号经D触发器进行2分频产生10KHz、30KHz及500KHz的信号

   经对比，方案二可满足要求,应用简单，在此选用方案二。

2） 0-5V方波转换成-5-5V的方波方案的选择

方案一：用运放搭建减法器电路来实现信号的负值输出，在理想状态下实现很容易，但实际上减法器电路的电阻搭配需要精确配选，而且输出波形有失真。

方案二：用比较器LM339接正负电源，将信号输入与标准电压比较输出得正负5V的方波信号。

   经实际模拟测试比较，方案二较为理想。

3）滤波选择

方案一：采用程控滤波器TLC04。依据芯片手册，TLC04的截止频率，最高仅可做到30KHz，经实测可做到50KHz，但得到的信号纹波较大，噪声干扰也比较大，不易实现对50KHz信号的滤波。

方案二：有源滤波器电路。利用运放搭建有源低通滤波器，可对任意信号进行滤波处理。具有灵活性较强和性能稳定等优点。

   经对搭建的电路实测进行对比，选择方案二较为理想。

4）移相方案对比与分析

方案一：LC移向电路

方案二：RC移向电路，常用，易操作

   经对比RC移向实现较容易。

5）信号合成方案对比与分析

6）信号检测和显示方案对比与分析

三、总体方案的设计原理与实现电路图

本系统主要由方波发生，滤波，移向，信号合成三部分组成，其中方波产生部分由NE555多谐振荡器和分频电路组成，得到三路不同频率的方波信号；滤波处理部分则由二阶低通滤波和信号调理电路组成，用来处理方波发生部分所产生的方波信号，得到的是三路不同频率，不同相位和不同幅值的的正弦信号；信号合成部分由移相电路和模拟加法电路组成，是用来对前面产生的三路正弦信号进行移相和叠加，产生题目所要求的方波和三角波。系统总体方框图如图所示：

电路方框图：

 1．方波发生器电路的设计与实现

方波由NE555多谐振荡器产生，根据对题目指标的分析后，总结出应该产生一个稳定的300KHz的方波。如图1所示，为一个叫稳定300KHz方波发生电路，

图1

实际频率310khz接入电路后调节R2控制频率浮动。

2．分频电路的设计与分析

由于题目要求要产生10KHz，30KHz，50KHz的方波信号，本次分频电路的设计采用的是74LS161二进制计数器，可实现对方波信号2-15分频，满足设计的需求。其工作原理是：分频电路对前面产生的300KHz的方波信号分别进行十五分频，五分频，三分频后得到20KHz，60KHz，100KHz的方波，再经过D触发器二分频后得到10KHz，30KHz，50KHz的方波信号，后级使用D触发器进行一次二分频的作用是既可以将产生的方波整形，又可以使方波信号的占空比为50%，以便于后面产生正弦信号。电路原理图2所示。      

图二

从上往下分别为6分频，10分频，30分频

3．方波转换

先用一个LM339AD比较器将输入信号与2.5V进行比较，高电平由上拉电阻拉到5V

低电平由VEE降到-5则得到-5V到5V的方波信号，再接一个电压跟随器隔离后面电路以免相互干扰。

            方波有微小毛刺，但不影响实验结果

4．滤波电路的分析和计算

本次设计的滤波电路是采用运算放大器搭建的二阶低通滤波器，通过有效的理论计算与计算机仿真，对电路中的电阻电容匹配正确的值，可实现对任意信号进行滤波处理。该滤波电路具有稳定性强，可靠性高以及灵活性强等优点。电路原理图如图3所示。

图三

50khz的信号有上下的浮动但不影响实验结果

5．移相电路

由于方波信号经由滤波器滤波处理后，其相位会发生改变，并且不同的频率，经过滤波器后的相位移动不同，而题目要求合成的方波和三角波的谐波信号与基波信号皆同相位，故要求制作的移相器的作用是使滤波后的三路信号移至同相位。本次设计的移相电路采用的是全通滤波器能改变即能改变相位也可以不改变信号的幅值的原理，如图4所示，通过改变R40的阻值可以实现相位的移动，将该电路多级串联，可以增大相角移动的范围。

 

图四

能调节10°到180°的相位

5．加法器电路的分析和计算

加法器电路采用如图5所示的加法器，滤波器输出的正弦信号分别由1,2, 3端口输入后叠加，得到题目所要求的叠加信号，调节R18可实现对输出信号的峰峰值进行调节。

图五

四、系统测试

1）目标为方波系统时分解后的各信号测试

1.测试仪器

2.方波测量

经测量，波形发生器产生的方波信号为：

F=，Vpp=

3. 测量正弦信号测量

4.测量方波合成

测得由基波与二次谐波合成的近似方波如下图所示。幅度满足题目规定5V。

波形合成实测图

6.5 测量近似方波

把50kHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成。经测量波形效果如下图：

波形合成实测图

五、小组分工情况

，负责方波产生部分；

，负责分频部分；

，负责滤波部分；

，负责移相部分；

，负责加法部分；

，负责峰值检测部分

六、实验心得

通过几周的大综合实验，使我们整组成员对电子元件及电路调试有一定的感性和理性认识，打好了日后学习电子技术想过过程的入门基础。同时培养了我理论联系实际的能力，提高了我门分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是培养了我们的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。具体如下：

1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。

2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子焊接。熟悉电子产品的制作过程。

3.能够根据电路原理图，元器件实物设计及电路的焊接工作。

4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围。

5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用数字万用表。

6.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。

这样的一次实习使我们在学习上和生活上都有着巨大的收获，细心团结这是在电子制作中不可或缺的核心内容，经过这次的练习，我们在这两方面都有了质的提高，素质教育在这得到了充分体现。

七、实验故障及解决办法

八、实验元件清单

555定时器，3个D触发器74161N，3个D锁存器74LS74N，3个OP07CP,3个NE5532AI，6个LM358AN，3个LM339AD,1个LM358AD，与门4个74LS08N，5个与非门74LS00N，3个非门74LS04N

电阻：1K6个，2K9个，2.5K1个， 3.2K4个，4.5K1个，5K6个，5.3K4个， 10K6个，15.9K4个，30K1个，100K3个

电位器：1K,5K,10K,20K

电容：100PF1个,1NF15个, 10NF1个

附录1：信号分解与合成部分整机电路图    

附录3：合成波形图1

（方波10KHz+30KHz）

附录4：合成波形图2

（方波10KHz+30KHz+50KHz）

第二篇：C大程综合实验报告

课程名称：程序设计综合实验

选题名称：贪吃蛇

小组长姓名（学号）：洪至远31001046241533403096@qq.com

小组成员姓名（学号）：吴伟男3100100797451842215@qq.com

任课教师：吕红兵

报告递交日期：20xx年6月22日

一、系统功能说明

本游戏名为贪吃蛇游戏，是一个经典小游戏，游戏开始的欢迎界面中显示“WELCOMETOTHEGAME”，“PresentedbyZJUers”，采用彩色叠层效果，同时伴有按键的响声，持续一秒。设置三个难度等级，在欢迎界面中输入1,2或3选择难度，难度不同，蛇的移动速度不同，一条蛇在封闭彩色围墙里，围墙里随机出现一个食物，通过按键盘四个光标键控制蛇向上下左右四个方向移动，蛇头撞倒食物，则食物被吃掉，蛇身体长一节，同时记1分，接着又出现食物，等待蛇来吃，如果蛇在移动中撞到墙或身体叉蛇头撞倒自己身体游戏结束，按下ESC键也可以直接中断游戏。最后的结束界面显示“ByeBye”。

二、使用说明

1、安装手册

复制贪吃蛇.c到D盘TC文件夹下，TC文件夹需要有字库（D:\TC\HZK16），TC支持图像显示.

2、使用手册

TC打开按提示运行。

PS：如果是WIN7系统下，可以用DOSBOX运行，但要按照DOSBOX的提示使用Ctrl+F8和Ctrl+F12向Windows借内存。然后再运行程序。

三、程序结构

1.程序结构说明

2.重要数据说明

Level1、level2、level3分别用于调节难度；

x,y用于表示食物的坐标；

X[],Y[]用于表示蛇的位置；

MAXX，MAXY用于示蛇的最大长度；

str[10]，score用于显示出分数；

key用于键盘操作；

Snake.life，与snake.direction用于蛇的生命与方向操作；dx,dy,c[]用于是字体及蛇产生颜色变化的动画效果。

3.函数清单

/*voidopen_hzk(void);

打开汉字库

要求TC下有HZK16文件*/

/*voidget_hz(charincode[],charbytes[]);

获得汉字

通过调用汉字库来获得汉字

*/

/*voiddishz(intx,inty,charcade[],intcolor);

显示汉字

把对应的汉字输出来

*/

/*intkeyboard(intv)

键盘声音,用于整个游戏中

*/

/*voidwelcome()

构造欢迎界面，

形成一个界面显示"welcometothegame"与"presentedbyZJUers"*/

/*voidtitle()

用于显示标题SNAKE

*/

/*voiddrawbg()

用于显示背景图样

*/

/*voidgameover()

用于结束游戏并输出游戏结束"GAMEOVER"的字样*/

/*voidprintscore()

用于显示出分数，

用一个str[]数组输出分数

*/

/*voidclose()

用于结束关闭游戏，并显示出"ByeBye"的字样

*/

/*voidsnakemove()

贪吃蛇移动函数

*/

/*intcheckover()

检测游戏结束函数

*/

/*voiddrawsnake()

用于显示蛇图形

*/

/*voideatfood()

检测蛇吃食物

*/

/*intcontrol()

蛇的控制函数

*/

/*voidflashtxt(intx,inty,intdx,intdy,charc[20])

文本字体颜色变化的函数

*/

四、系统设计难点及其解决方法

1.TC的运行

解决方法：由于大家的笔记本电脑都是WIN7的系统，TC运行不便，后来向学长请教之后下载了DOSBOX，在DOSBOX操作，实现了程序的运行。

2.汉字显示问题

解决方法：在网上下载了HZK，但依然显示不起来。研究后发现是路径不对。

3．库函数的使用

解决方法：对照课本，弄明白课本上的库函数，并在编程时尽量使用课本上的PPT

4．文本模式下的文本框背景问题

解决方法：对照课本一句句调试，删除了影响的语句

5.难度的设置

解决方法：原本的方案失败后决定采用简单易行的方案。

五、不足之处

1.游戏画面比较单调，不能激发玩家兴趣。

2.难度的设置上没能做得很好，仅仅是出现左耳或者右耳黑的地鼠并没有增大

游戏的难度。原本打算分值达到一定时自动跳到下一关，后来没能实现这种过程。

六、人员分工说明

程序总体设计及编写：洪至远

绘图、实验报告，PPT：吴伟男