信号波形合成实验电路
第1章 绪论
本设计中大量运用模拟电子技术及数字电子技术的知识，对以前学习的知识有了更深一步的了解。
模拟电子技术是一门研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。
数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用,逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各管脚功能555定时器等。随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。
本设计主要采用德州仪器（TI）公司的各种芯片，例如电源芯片MC34063，滤波芯片TLC04，运放芯片OPA820、OPA842、OP07，以及TI公司的MSP430F149来完成对各正弦波的测量以及数显功能。
德州仪器(TI)是全球领先的模拟及数字半导体IC设计制造公司。除了提供模拟技术、数字信号处理(DSP)和微处理器(MCU)半导体以外，TI还设计制造用于模拟和数字嵌入及应用处理的半导体解决方案。德州仪器(TI)是全球领先的数字信号处理与模拟技术半导体供应商，亦是推动因特网时代不断发展的半导体引擎。作为实时技术的领导者，TI正在快速发展，在无线与宽带接入等大型市场及数码相机和数字音频等新兴市场方面，TI凭借性能卓越的半导体解决方案不断推动着因特网时代前进的步伐！TI预想未来世界的方方面面都渗透着TI产品的点点滴滴。
- 1 -
信号波形合成实验电路
第2章 系统方案介绍
2.1方案论证
本设计分为七大模块，分别是方波振荡模块、分频模块、滤波模块、放大增益模块、衰减增益模块、加法器模块、测量与数字显示模块。每个模块都经过仔细考虑，精心选择出了最佳方案。下面简单介绍方波振荡电路及低通滤波电路的选择。
2.1.1方波振荡电路的选择
方案一:利用晶振来制作方波振荡器，该方案频率精度高，结构简单，但晶振频率恒定，制作好之后频率无法改变，而且晶振有规格，选择有局限。
方案二：利用迟滞比较器构成方波振荡器，该方案频率设计灵活，结构简单。 根据设计要求，要产生10KHz，30KHz和50KHz的方波，利用晶振会使分频电路难以设计，并且利用方案二能灵活选择频率，可以扩展系统的应用。
2.1.2低通滤波电路的选择
方案一：无源型。这类滤波器的优点是电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高。缺点是通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，在低频域不适用。
方案二：TCL04的低通滤波模块。这类滤波器的优点是通带内的信号不仅没有能量损耗，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽，适用于低频域。
2.2整体系统方案
系统模拟部分分别使用了TI公司的电源芯片MC34063，滤波芯片TLC04，运放芯片OPA820、OPA842、OP07，计数器74LS194，并在设计中利用TI公司的MSP430F149完成了对各正弦波的测量以及数显功能。系统结构如图2-1所示：
- 2 -
信号波形合成实验电路
图2-1 系统原理框图
利用opa820芯片的方波振荡器产生方波，然后利用74LS194芯片进行来进行分频，得到各频率的方波，再通过TCL04来进行低通滤波，得到各方波的基波，可滤出10KHz、30KHz和50KHz的正弦波，再将3路正弦波进行放大衰减以及移相后作为基波、3次谐波和5次谐波输入加法器中，产生10KHz的近似方波信号，再将信号放大后得到幅度5V的近似方波信号。同理，将10KHz，30KHz和50KHz的正弦波信号经类似处理后送入加法器，得到三角波。
- 3 -
信号波形合成实验电路
第3章 模块介绍
3.1电源模块
由于MSP430F149芯片的工作电压是3.3V，而现有的电源模块可提供5V电压的，所以选择TI公司的MC34063电源转换芯片，将5V电压转换为所需的3.3V电压。
3.1.1主要元件介绍
1、MC34063的功能简介
MC34063能够实现升压和降压效果，是一种单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分,片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
2、MC34063的封装形式及特点
MC34063的封装形式为塑封双列8引线直插式，MC34063引脚图如下图3-1所示：
图3-1 MC34063引脚图
- 4 -
信号波形合成实验电路
MC34063具有以下特点： 1、能在3V-40V的输入电压下工作 2、带有短路电流限制功能 3、低静态工作电流
4、输出开关电流可达1.5A(无外接三极管) 5、输出电压可调
6、工作振荡频率从100HZ至100KHZ 7、可构成升压降压或反向电源变换器
由于内置有大电流的电源开关，MC34063能够控制的开关电流达到1.5A，内部线路包含有参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管。
参考电压源是温度补偿的带隙基准源，振荡器的振荡频率由3脚的外接定时电容决定，开关晶体管由比较器的反向输入端和与振荡器相连的逻辑控制线路置成ON，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲置成OFF。
3、外围元件标称含义和它们取值的计算公式 Vout(输出电压)＝1.25V（１＋R1／R2）
Ct(定时电容)：决定内部工作频率。Ct=0.000 004*Ton(工作频率） Rsc(限流电阻)：决定输出电流。Ipk=2*Iomax*T/toff
Rsc＝0.33／Ipk
Lmin(电感)：Lmin＝(Vimin－Vces)*Ton/Ipk
Co(滤波电容)：决定输出电压波纹系数，Co＝Io*ton/Vp-p(波纹系数） 固定值参数：Vces=1.0V ton/toff=(Vo+Vf－Vimin)/(Vimin－Vces）
Vimin:输入电压不稳定时的最小值
Vf=1.2V 快速开关二极管正向压降
4、下表是美国安森美半导体公司生产的MC34063与国内生产的34063性能的对比。MC34063参数表见表3-1。
表3-1 MC34063参数表
参数名称 输入电压 输出电压 最大输出电流 符号 Vin Vout Iomax 单位 MC34063（OnSemi） V V A 2.5～40V 1.25～40V 1.5A - 5 -
34063（国产） 2.5～40V 1.25～40V 1.5A