跟着电力电子技术的开展，对信号的要求越来越高。在某些场合，关于信号的频率，相位以及失真度要求较高。高质量信号的组成显得具有特别的位置。"信号体系"课程中，周期接连信号的分化与组成是学习的难点。加深对理论知识的了解，进步学生实践才能、立异才能以及理论联系实践的才能，试验是必不可少的。已知周期信号的数学表达式，依照傅立叶级数能够分化为无量多个不同频率不同振幅的正弦信号；反之，无量多个不同频率、不同振幅的正弦波能够组成各种周期信号。本体系运用一些惯例的芯片规划了一系列电路，能够完成周期接连信号的分化与组成。本体系既能够协助低年级的同学学习周期信号的分化与组成，又能够运用于实践，信号质量高，具有实用价值。
1 波形组成器规划计划
1.1 该体系的根本原理
任何周期信号只需满意狄利克雷条件就能够分化成直流重量及许多正弦、余弦重量。这些正弦、余弦重量的频率必定是基频的整数倍。依据函数的对称性与傅里叶系数的联系知，周期对称方波信号能够用无量个奇次谐波重量的傅里叶级数来表明：
周期对称三角波能够用无量个奇次谐波重量的傅里叶级数来表明：
在本体系中只用取出前两项奇次谐波，然后组成即可得到近似方波、三角波。
1.2 方波振荡电路
选用模仿分立元件或单片压控函数发生器以及FPGA都能够发生方波，可是选用模仿器材因为元件分散性太大，参数也与外接部件有关，外接电阻电容对参数影响太大，影响体系的安稳性，故本体系用FPGA发生方波。FPGA体系板上有晶振，能够发生高精度高安稳度的基准频率。运用镇相环能够输出频率安稳的信号源，假如对输出信号再进行分频就能够得到步进频率较细的频率源。分频的办法能够运用锁相环来完成。操作便利，输出信号安稳性好，能够发生频率为晶振的约数的恣意频率。
1.3 移相网络
移相是指关于两路同频信号，以其中一路为参阅信号，另一路信号相关于该参阅信号做超前或滞后的移相构成相位差。首要有数字移相法和RC移相两种。数字移相法一般选用延时的办法，以延时的长短来决议两路数字信号间的相位差。数字移相法移相量能够很大，可是在一个周期内采样点数较多，对AD和RAM的速度要求很高。用RC组成移相网络进行移相，因为回路呈容性，信号经过该网络后，相位发生改动。因为该计划简略，很便利完成-45°到+45°移相，足以满意需求，所以本体系选用了RC移相法。
1.4 滤波电路规划
滤波电路用八阶低通椭圆开关电容滤波器，椭圆滤波器比较其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带动摇。巴特沃兹滤波器的起伏函数是单调下降的，但巴特沃兹滤波器能完成最大平整起伏滤波；切比雪夫低通滤波器的起伏响应在通带内是在两个值之间动摇，在通带内的动摇次数取决予滤波器的阶数。为进一步减小高次谐波对有用信号的影响并确保通频带内最大平整起伏滤波，在开关电容滤波器后加上巴特沃斯低通滤波器。
1.5 五选一通道挑选
模仿开关和继电器都能够操控通道的挑选。模仿开关的作用便是用在模仿信号的传输途径切换电路中，开关在电路中起接通信号和断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器，当驱动继电器的电路加高电平或低电平时，继电器就吸合或开释，其触点接通或断井电路。CMOS模仿开关是半导体器材，它不像继电器那样能够用在大电流、大电压的场合，当输入信号过低或许过高时，MOSFET处于反向偏量，当电压到达必定值时（超越约束0.3 V），开关无法正常作业，因而模仿开关只适用于处理起伏不超越其作业电压、电流较小的模仿或数字信号。模仿开关的导通电阻随输入信号的改动而改动，对信号有必定的影响。继电器寿数高、灵敏度高、转化速度快、电磁搅扰小，故本体系运用继电器进行通道切换。
1.6 检波计划的规划
常见的检波办法首要有两种：峰值检波和有效值检波。根本的峰值检波电路由二极管电路和电压跟从器组成，当输入电压正半周导通时，检波管导通，对电容充电。挑选恰当的电容值，使得电容充电速度大于放电速度，这样电容两头的电压能够保持在最大电压处然后完成峰值检波。峰值检波能检测的信号频率范圈很宽，被检测信号频率低时检波的纹波较大，且二极管对错线性元件，当沟通电压较小时，检测的直流电压违背其峰值较多。而选用有效值检波不只能够直接测得各种波形的实在有效值，并且丈量精度高。
2 体系全体计划规划
本体系用FPGA发生方波，分频后用八阶椭圆低通开关电容滤波器MAX297开始滤波，然后用三阶低通巴特沃斯滤波器进一步滤波。分频滤波后即可得到10 kHz、30 kHz、50 kHz的正弦波。可经过按键挑选波形和组成阶数。经过RC移相网络使得信号发生确认的相位差，依据方波三角波各次谐波组成联系，把各次谐波叠加，即可得到近似方波和三角波。各次谐波信号顺次经过峰值检波电路处理后送入单片机，单片机对分频滤波后的信号采样，经过一系列处理后，将峰值用LCD显现。体系框图如1所示。
图1 体系框图
3 体系硬件电路规划
3.1 整个体系中电源的去耦问题
在整个体系中会用到许多的运算扩大器芯片。一般来说，运算扩大器的供电电源端应衔接去耦电容（对沟通扩大器特别需求），以消除信号电流经过电源内阻给电路带来的影响。运算扩大器的功能不同，其去耦电容的容量也有所不同。关于低速运算扩大器，一般在紧靠运放供电端与电源地之直接容量为0.1μF的电容就能够了，可是关于高速运算扩大器，应当在紧靠运放的供电端与电源地之间用容量为10μF和容量为0.01μF的电容器并联衔接。整个体系中一切的运算扩大器都做了去耦处理，仅仅画图中为简略起见，省掉了去耦电容。
除此之外，运算扩大器的地线衔接也有考究，关于小功率运放而言，地线衔接无特别要求，但关于较大功率的运算扩大器，地线衔接适当重要。总的原则是地线应短而粗并且在同一点衔接。本体系中数字地模仿地共存，因而规划时将一切模仿地和数字地别离衔接，最终电路中的模仿地和数字地与电源地一点聚集。
3.2 滤波电路
图2、图3中两个低通滤波器都是三阶巴特沃斯低通滤波器。有源滤波器适应在低频段（<100 kHz）的滤波，当频率较低时，若用无源滤波，电容、电感的元件值及体积都会很大，大电容电感不易取得，且差错较大，而有源滤波器则能够依托运放在低频段的许多优势（特别是低噪声运放）到达很好的滤波作用。10 kHz、30 kHz、50 kHz信号经八阶椭圆开关电容滤波器滤波后，10 kHz、30 kHz、50 kHz信号再别离用理论截止频率为20kHz、35 kHz、55
图2 20kHz低通滤波器
图3 35kHz低通滤波器
3.3 移相电路
RC移相网络参数的核算：
要求叠加后的信号移相规模为-45°~+45°，设A信号为Asin（ωt+45°），B信号为Bsin（ωt+45°），叠加后的信号为
改动A和B的值就能够改动叠加后信号的相位。
只要输入信号的频率与RC网络的谐振频率相一起，才会有45°的相移，因而跟着输入信号频率的改动，RC网络的谐振频率也要相应的改动。依据公式
f=1/2πRC （5）
推导可得R值，取电容C为0.1μF,当输入信号的频率为100Hz时，R=16kΩ，当频率为1kHz时，R=1.6kΩ，当频率变为10kHz时，R=160Ω。
输入的正弦信号经过RC构成的超前和滞后网络后经过运放（OPA37）构成的射极跟从器，然后经过电位器R3叠加，再经过扩大电路经过一个电位器输出。电路图如图4所示。
图4 移相网络
3.4 加法器
此加法器为同相加法器，因为集成运放可视为抱负运放，其输入端可视为虚短和虚开路。在同向端运用节点电流方程可求得输出：
图5 加法器
3.5 有效值检波
有效值检波选用真有效值/直流转化芯片AD637能核算任何杂乱波形的真有效值、平均值、均方值、绝对值，具有分贝输出（0~60 dB）。具有宽频带，量程在0~7 V规模内可调。
AD637内部结构包含有源整流器（即绝对值电路），平方/除法器、滤波扩大器、独立的缓冲扩大器、偏置电路五部分。运用AD637在丈量峰值系数高达10的信号时附加差错仅为1%,且外围元件少、频带宽。关于有效值为200 mV的信号，-3dB带宽为600kHz;关于有效值为1V的信号。-3dB带宽为8MHz.该计划硬件简略，两且精度很高，作用抱负。
4 体系软件规划
软件流程图见图6,本体系选用MSP430F449单片机，首要担任对方波、三角波10k、30k、50k等各次谐波连行采样，并用LCD12864对各次谐波的峰值显现；在程序运转的过程中，可经过16×16矩阵键盘操控挑选波形及阶数的切换。
图6 软件流程图
5 结束语
体系完成了对三角信号、方波信号的组成。从方波信号中经分滤波取得了10kHz、30kHz、50kHz的正弦信号，信号波形比较好
