信号与线性系统课程设计报告--周期信号的分解与合成

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1、信号与线性系统课程设计报告信号与线性系统课程设计报告 课题课题: :周期信号的周期信号的分解分解与与合成合成 班级班级： 姓名姓名: : 学学号：号： 组号组号： 同组人：同组人： 成绩：成绩： 指导教师：指导教师： 日期：日期：2013.12.30-2014.1.9 - 2 - 周期信号的周期信号的分解分解与与合成合成 摘要摘要: :本文详细介绍了周期信号的分解与合成的原理，给出了电路参数设计、matlab 辅助分 析、multisim 仿真的方法，并用硬件电路实现信号分解与合成，另外本文亦对设计过程中出 现的问题进行总结分析。设计主体为 5 次谐波带通滤波器设计和信号合成电路的设计，因此

2、本文对带通滤波器进行了详细的理论推导，并且编写了 matlab 函数进行参数的计算；合成电 路采用运算放大器构建一个具有 5 个输入的加法器电路。软件仿真、硬件调试部分给出了具 体的调试方案和步骤，对理论值计算、multisim 软件仿真、matlab 辅助分析、硬件调试的结 果分别进行总结和分析，并比较其存在的差异同时分析产生差异的原因。通过这次课程设计， 理论应用实践，在掌握信号合成与分解的原理、方法的同时也深深体会到了理论和实践之间 的差距，只有勤动手、勤实践才能达到学以致用的效果。 关键词关键词：信号的分解合成、带通滤波器、加法器、matlab、multisim 1 1 课课程设计的目

3、的、意义程设计的目的、意义 1 了解周期信号分解与合成电路的原理及实现方法。 2 深入理解信号频谱和信号滤波的概念， 理解滤波器幅频响应和相频响应对信号的影响 以及无失真传输的概念。 3 掌握模拟带通滤波器的原理与设计方法， 掌握利用 Multisim 软件进行模拟电路设计及 仿真的方法。 4 了解周期信号分解与合成硬件电路的设计、制作、调试过程及步骤。 5 掌握新一代信号与系统实验系统及虚拟示波器、虚拟信号发生器的操作使用方法。 6 培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 2 2 设计任务及技术指标设计任务及技术指标 2.12.1 设计任务设计任务 周期信号分解与合成电路设计、电路（系统

4、）仿真分析、电路板焊接、电路调试与测试、 仿真和测试结果分析等内容。 因分解信号的频率自定，通过分析设计可行性，我们组将要分解的信号的定为 888Hz， 相应分解信号的 5 次谐波频率分别为： 0102030405 =888Hz=1776Hz= 2664Hz=3552Hz=4440Hzfffff， 因而本设计的主体部分为 5 次谐波带通滤波器的设计。 2.22.2 技术指标技术指标 1. 各滤波器中心频率处的增益均设为 4 左右， 各且增益相同。在本次设计中我们取设 计增益为 2.05*2.05=4.2025。 2. 基波 MFBP 滤波器的品质因数2，其余各次谐波 MFBP 滤波器的品质因数

5、4。在本次 - 3 - 设计中取定周期信号的频率为 888Hz，根据计算得基波 Q=2.2876，满足设计要求。 3. 所设计滤波器的中心频率的实际值误差值在3%以内，相位偏差 oo -5 -+5之内。 3 3 设计方案及论证设计方案及论证 3.13.1 设计方案概述设计方案概述 3.1.13.1.1 周期信号分解电路的设计。周期信号分解电路的基本原理：采用中心频率分别对应于 周期信号各次谐波的带通滤波器对周期信号进行滤波，则各滤波器的输出信号就对应于周期 信号的各次谐波。基于该原理和设计带通滤波器，完成周期信号 15 次谐波分解电路的设计。 3.1.23.1.2 信号合成电路的设计。采用运算

6、放大器构建一个具有 5 个输入的加法器电路，并将加 法器的各输入与周期信号分解电路的各次谐波输出相连，完成信号合成电路设计。 3.2 3.2 二阶有源带通滤波器设计二阶有源带通滤波器设计 3.2.13.2.1 为增强滤波效果采用两个中心频率为 0 f的带通滤波器级联形式，如下图： R1 20k R2 0 R4 82k C1 0.01 F C2 0.01 F U1A TL084ACD 3 2 11 4 1 R5 20k R6 0 R8 82k C3 0.01 F C4 0.01 F U2A TL084ACD 3 2 11 4 1 VSS -15VVSS -15V VCC 15VVCC 15V 两个级联带通滤波器组成四阶有源带通滤波器 3.2.2 基本组成部分原理图：由运算放大器、电容、电阻组成二阶带通滤波器 3.2.3 工作原理：以上图为基本原型设计带通滤波器 （1）理论推导：定义输入 i v，输出 o v，增益 A(jw)，其他标号见原理图 由基尔霍夫定律： - 4 - i1 1 1 1 2