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一、系统方案 本系统主要由单片机控制模块、晶体管放大器模块、远程控制及模块、电源模块组成、语音模块等组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、主控制器件的论证与选择
（1）控制器选用方案一： MSP430。采用 TI 的 MSP430 系列单片机做主控制器，该系列单片机资源
较丰富，易控制，低功耗。但由是于单片机本身主频较低，因而处理速度一般。
方案二：使用STM32H7最小系统板，此最小系统含有按键，单片机，LED，FLASH等基本外围设备。搭配自制的拓展板，可以实现AD采集、屏幕显示等功能。此主控的优点是运算速度快，主频高达480MHZ。 综上所述，本设计采用方案二。
（2）系统设计选择方案一：采用在面包板上搭建简易单片机系统 在面包板上搭建单片机系统可以方便的对硬件做随时修改，也易于搭建，但是系统连线较多，不仅相互干扰，使电路杂乱无章，而且系统可靠性低，不适合本系统使用。 方案二：自制单片机印刷电路板 自制印刷电路实现较为方便，性能比较稳定，也利于更新迭代。 。 综合以上两种方案，选择方案二。
2、系统方案的论证与选择三极管发射结没有正向导通进入截止区，常见的原因是基极偏置电阻RB过大，引起静态工作点过低。饱和失真：三极管发射结没有反向偏置进入饱和区，常见的原因是基极偏置电阻RB过小，引起静态工作点过高。双向失真：输出电压超过三极管在当前工作状态下的最大可输出电压，是截止失真和饱和失真同时出现的结果。 对于截止失真和饱和失真，最简单的方法就是切换RB来改变三极管放大电路的静态工作点，使其发生明显的偏移，出现相应的失真，这两个实现起来相对容易。双向失真主要是因为供电电压确定之后三极管放大电路的最大输出范围基本上已经确定，尤其是在静态工作点，主要是静态工作电流IC，选取不当时输出电压范围会明显低于电源电压。 对于交越失真，可以使用两个反向并联的串接，不论正向或者反向输出时都需要有一个电压用于二极管的导通压降。 另外也可以使用互补推挽电路，基极偏置电压小于与发射极之间二极管的开启电压，使得二极管处在非完全导通状态，从而出现过零点的失真，也可以使用乙类功率放大器电路。 综上所述，使用两级电压放大和一级互补推挽输出，其中前两级用于实现顶部失真、底部失真以及顶部底部失真，互补推挽输出用于实现交越失真，对于电路参数的修改使用模拟开关进行。
3、THD测量方法的论证与选择THD（总谐波失真）表明功放工作时，由于电路不可避免的振荡或其他谐振产生的二次，三次谐波与实际输入信号叠加，在输出端输出的信号就不单纯是与输入信号完全相同的成分，而是包括了谐波成分的信号，这些多余出来的谐波成分与实际输入信号的对比，用百分比来表示就称为总谐波失真。 对于THD的测量我们采用FFT对信号进行处理，得到其的频域信息，得到其几次谐波分量的幅度，再带入计算公式可以得到其总谐波失真。
4、远程控制及显示系统的论证与选择方案一：使用WIFI通信，此方案的优点是可以远程通信，通信质量较好，速度快。缺点是搭建起来较为复杂，另外需要制作上位机进行显示，较为复杂。 方案二：使用蓝牙进行通信，此方案的优点是使用方便，只需使用AT指令将蓝牙配对，上电后即可自动连接，双方使用一样的波特率、停止位、校验位即可正常通信。缺点是信号传输距离较近，传输不太稳定，不过对于此系统，性能完全满足需求。 综上所述，采用方案二。
二、系统理论分析与计算
1、晶体管放大电路的分析
（1）第一级信号放大第一级的作用是信号放大，将信号放大，以便实现后级的失真，当第一级放大倍数很大时，第二级电路会在信号最小时进入截止区，产生顶部失真。当第一级放大倍数较小时，通过第二级二次放大可以产生不失真波形。
（2）第二级信号放大第二级放大的作用主要是调节静态工作点，当前级的放大倍数适中时，再通过后一级可以产生幅度较大的信号，此时若静态工作点适中，则可以产生不失真的信号。当上移工作点则波形产生顶部失真，当静态工作点下移则产生底部失真。
（3）第三级推挽输出第三级推挽输出的作用是产生交越失真，基级和发射极之间的PN结处于非完全导通的状态，因此会产生过零点的失真。
2、晶体管放大电路的阻容值选择分析射级电阻引入串联电流负反馈，稳定静态工作点。输出级电容是耦合电容，将信源信号耦合到晶体管放大器输入端，隔直流通交流，前级输出端直流电压和后继输入端直流电压往往不等，直接连接会改变静态工作点，加耦合电容使两级的直流偏置电路相互独立，减少级间影响。基级分压电阻用来调节基级电压，从而控制静态工作点。集电极电阻用于将电流信号转化为电压信号，但注意此时会增加一次倒向。
三、电路与程序设计
1、电路的设计
（1）系统总体框图系统总体框图如图一所示 主机： 图一 系统总体框图（主机）
从机： 图二 系统总体框图（从机）
（2）晶体管放大部分子系统框图与电路原理图1、晶体管放大部分子系统框图 图三 晶体管放大部分子系统框图 2、晶体管放大部分子系统电路
图四 晶体管放大器子系统电路 （3）STM32H7子系统框图与电路原理图1、STM32H7子系统框图 图五 STM32H7子系统框图 2、STM32H7子系统电路 图六 STM32H7子系统电路 （4）电源电源由电池供电，由降压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供6V、5V和3.3V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。
2、程序的设计
（1）程序功能描述与设计思路1、程序功能描述 可以实现失真波形的切换，屏幕显示，语音播报，信号测量，无线通信等功能。 （1）键盘实现功能：改变失真类型。 （2）显示部分：显示信号的时域和频域图像，峰峰值，频率，THD等信息，并且有触摸按钮用于实现模式切换。 2、程序设计思路 使用定时器中断实现主要逻辑，通过使用DMA和定时器事件，实现精确的ADC信号采集，之后在中断服务程序中实现FFT运算，计算THD。
（2）程序流程图1、主程序流程图 2、定时器中断流程图
四、测试方案与测试结果
1、测试方案（1）硬件测试 将系统组装好，连接电源，确认无误后上电，信号从信号源输入，输出接上示波器。 通过按键，看是否可以控制系统输出各种类型失真波形，用示波器来看，图像是否与预期一致，看幅度大小是否满足需求。 （2）软件仿真测试 按照设计连接线路，检查无误后上电，看屏幕显示是否正常，检查触摸、按键等是否能够控制系统改变输出，以及检查通信是否正常，从机能否正常显示。 （3）硬件软件联调 整个系统搭建完毕，连接好对应连线，单片机复位开始执行程序，看屏幕显示是否正常，显示的波形是否与示波器相一致，按按键看是否可以切换模式，检查主机与从机通讯是否正常，从机部分是否有波形显示及从机是否能够控制波形转换。
2、测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。 测试仪器：高精度的数字毫伏表，数字示波器，台式万用表，信号源。
3、测试结果及分析
（1）测试结果当按下按键，通过控制电路中的模拟开关，屏幕上显示了不同的失真波形，并且同时在屏幕上有对应的文字显示，以及信号的信息例如：频率，峰峰值等。该数值与示波器上的相一致。下方显示了该信号对应的频域信息，并且计算了信号的总谐波失真。 此外从机也能控制主机，并且显示相应的时域和频域波形。
（2）测试分析与结论根据上述测试结果，可以得出以下结论： 1、放大器可以输出顶部失真，底部失真，双向失真，交越失真和不失真波形，并且幅值满足题目要求 2、可以通过FFT得到频域信息，并且可以计算得到THD。 3、屏幕显示，语音播报、信号测量、无线通讯等功能实现正常 综上所述，本设计达到设计要求。
五、参考文献［1］ 华中理工大学电子学教研室编,康华光主编.陈大钦副主编(电子技术基础)(模拟部分)第四版.北京.高等教育出版社.1999 ［2］ 西安交通大学电子学教研室编,沈尚贤主编(电子技术导论),北京.高等教育出版社,1985 ［3］ 谢嘉奎主编:[电子线路](第四版),北京高等教育出版社,1999 ［4］ 北方交通大学,冯民昌主编:[模拟集成电路系统](第2版)北京中国铁道出版社1998 ［5］ 翁飞兵 电子技术实践教程 国防科技大学出版社 2013. ［6］ 谢自美 电子线路设计.实验.测试 电子工业出版社 2011.
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