【正文】 下一個 CP來時，計數(shù)器減計數(shù)變?yōu)?N1，……，一直到第 N個 CP 來時，計數(shù)器為 0。這時由于 CF（ 13） =1，所以 QC（ 12） =1，也即 PE（ 3） =1 又恢復(fù)到開始狀態(tài)，開始一個新的循環(huán)。很顯然，每來 N 個 CP， QC（ 12）就會出現(xiàn)一個高電平，也就是 QC（ 12）應(yīng)是 CP的 N 分頻。 方案二：用單片機(jī)編程分頻 單片機(jī)用內(nèi)部的定時 /計數(shù)器進(jìn)行分頻，根據(jù)分頻值計算計數(shù)器設(shè)定的初值，通過查詢 P P P3 的分頻倍數(shù)，從計數(shù)初值開始計數(shù)，溢出后，通過單片機(jī)的輸出口得到分頻后的信號。這個方案的難點是設(shè)計程序，由于我們不是很熟 練，所以沒有采用這種方案。 方案三：減法計數(shù)器 CD40103 采用 CD40103， CD40103是一種帶預(yù)置數(shù)功能的二進(jìn)制減法計數(shù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)的計數(shù)范圍從 0到 255。 CD40103作為分頻器 ,用來實現(xiàn)PLL 電路輸出是輸入信號頻率不同倍數(shù)的輸出信號 ,作為觸發(fā)采樣信號。 考慮到本次設(shè)計頻率大與 1MHZ，對單片機(jī)單片機(jī)要求較高， 4522需要使用 5 片（信號線容易交叉產(chǎn)生影響），而 CD40103只需要使用兩片，控制線和信號線并行干擾較小，對布板和焊接均有所好處，所以采用方案三作為 N分頻模塊。 N 分頻器主要是利用芯片 CD40103來分頻，將 F2 接到 CD40103的 1 腳，控制 4,5,6,7,10,11,12,13 腳來控制分頻，控制用撥碼開關(guān)，接個上拉電阻來控制高低電平。當(dāng)高電平的時候，即二進(jìn)制是 1，當(dāng)開關(guān) 1 斷開時， 4 腳為高電平，其他開關(guān)接通，相應(yīng)的電平為低電平，此時相當(dāng)于二進(jìn)制 00000001，此時是二分頻，依次類推，要產(chǎn)生 100分頻，則要設(shè)置二進(jìn)制為 01100011，相當(dāng)于十進(jìn)制的 99。理論上可以產(chǎn)生 2 到 256分頻。具體接法如下圖： 7 圖 2：單片 CD40103分頻電路 （三）、 （即 M 分頻的設(shè)計） 方案比較： 方案 1： 根據(jù) 4518的輸出波形圖，可以看出 CD4518的 Q1引腳可以分別進(jìn)行二分頻， Q4引腳可以進(jìn)行十分頻，用三片 CD4518（共 6個計數(shù)器）組成一個 20200 分頻器，也就是 4 個十分頻器加 1 個二分頻器，這樣就可把 2MHz的晶振信號變成 100HZ的標(biāo)準(zhǔn)信號。 方案 2： 首先利用的雙 D觸發(fā)器 74HC74 的其中一個 D 觸發(fā)器構(gòu)成二分頻電路，把 2M 的輸入進(jìn)行二分頻得到 1M 的輸出。 數(shù)字電路 CD4017 是十進(jìn)制計數(shù)／分頻器，它的內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈 沖信號的分配，整個輸出時 8 序就是 Q0、 Q Q、…、 Q9 依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。 CD4017有 10 個輸出端（ Q0～ Q9）和 1個進(jìn)位輸出端～ Q59。每輸入 10 個計數(shù)脈沖，～ Q59 就可得到 1個進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。 CD4017 有 3 個輸（ MR、 CP0 和 ~CP1）， MR 為清零端，當(dāng)在 MR 端上加高電平或正脈沖時其輸出 Q0 為高電平，其余輸出端（ Q1～ Q9）均為低電平。 CP0和～ CPl是 2 個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由 CP0 端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則 信號由～ CPl端輸入。設(shè)置 2 個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。由此可見，當(dāng) CD4017 有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。 CD4017 有兩個時鐘端 CP 和 EN，若用時鐘脈沖的上沿計數(shù)，則信號從 CP 端輸入；若用下降沿計數(shù)，則信號從 EN 端輸入。設(shè)置兩個時鐘端是為了級聯(lián)方便。 結(jié)合實際情況， 74HC74與 CD4017 均在數(shù)字電路課程設(shè)計中學(xué)習(xí)運用過，實驗室也有現(xiàn)成芯片便于實踐，接線端口也相對較少，所以M分頻模塊決定采用 74HC74和 CD4017完 成。本次試驗通過級聯(lián)方式，前級控制后級 CLK 端口， RST(15)、 CKEN(13)端口拉低電平，由 CO（ 12）輸出即可實現(xiàn)單片十分頻，具體電路如下： 9 圖 3：級聯(lián) CD4017分頻電路 五、鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)計 鎖相環(huán)原理： CD4046 工作原理如下：輸入信號 Ui 從 14 腳輸入后，經(jīng)放大器 A1 進(jìn)行放大、整形后加到相位比較器 Ⅰ 、 Ⅱ 的輸入端，圖 3 開關(guān) K 撥至 2 腳，則比較器 Ⅰ 將從 3 腳輸入的比較信號Uo 與輸入信號 Ui 作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓 UΨ 則反映出兩者的相位差。UΨ 經(jīng) R R4 及 C2 濾波后得到一控 制電壓 Ud 加至壓控振蕩器 VCO 的輸入端 9 腳，調(diào)整 VCO的振蕩頻率 f2，使 f2 迅速逼近信號頻率 f1。 VCO 的輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器 Ⅰ ，繼續(xù)與 Ui 進(jìn)行相位比較，最后使得 f2＝ f1，兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定 。 10 設(shè)計過程： 本實驗設(shè)計中， M 固定， N 可變?；鶞?zhǔn)頻率 1?f 定為 100Hz，改變N 值，使 N=1— 100000，則可產(chǎn)生 2f =100Hz— 1MHz的頻率范圍。 為了實驗調(diào)試及設(shè)計方便，采用相 位比較器Ⅱ及 寬帶濾 波設(shè)計（ R2 = ∞， VCO Without Offset）。選定 VDD=5V。 MHzf ? KHzf 1min ? 1200/ m i nm a x ?ff 若 R2=∞（寬帶設(shè)計），由fo=fmax/2=600KHz,參照 figure5并選定 Vdd=5v，可得 C1=102uF ，R1=10k 又 2fc=fmax+fmin=, 2fl=fmaxfmin=, T1=R3*C2 最終算出 R3*C2=2π *fl/(2π fc)2 = 令 R3=10K，則 C2≈ 10pF 實 際實驗參數(shù)為：實驗過程中能夠大范圍鎖定，但是波形難看，經(jīng)過調(diào)整以及詢問林仁杰學(xué)長，最終 R3 取 100K， C2 取 10uF 電解電容（耐壓 50V，耐壓 25V型號測試效果不好）。 11 六、電路板制作 在制作電路板之前，要先對整個電路 功能、 結(jié)構(gòu)及其在萬用板的布局進(jìn)行分析，本次采用面包板進(jìn) 行各個模塊功能的實驗，待成功后然后畫出實際的布線圖進(jìn)行焊接。所以， 電路板的制作采用萬用版和PCB 板相結(jié)合的 方案，把晶振源和鎖相環(huán)做在萬用版上， N 分頻的撥碼部分采用 PCB制作。在焊電路板之前，應(yīng)該要做一些準(zhǔn)備工 作，把各個元器件和工具都準(zhǔn)備好，首要注意的一點就是要選擇一塊接觸良好 的萬用板，這樣在焊接過程中比較好焊，容易使錫粘到銅圈上。由于要產(chǎn)生 1MHz 的較高頻率，所以在焊接電路時要盡量使各個器件都貼在萬用板上，減小各個器件的引腳， 控制分布參數(shù)的影響， 從而降低對電路的影響。 為了使整個電路在 外觀上更加的美觀和穩(wěn)定，所以在焊接時全部用錫來作為導(dǎo)線連接，如果稍微連錯的話就不好改，所以在焊接時要非常的認(rèn)真。 PCB板的制作前期利用 altium design 制版軟件進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計，進(jìn)而生成 PCB 圖，通過熱轉(zhuǎn)印，腐蝕，鉆孔的流程最后通過焊接完成 PCB板的制作。 調(diào)試過程中信號波形一般，由于導(dǎo)線過多導(dǎo)致信號間相互干擾，這次最終制板能夠消除。并能夠積累一定的抗干擾經(jīng)驗，為進(jìn)一 步的設(shè)計提供良好的基礎(chǔ)。 七、整體電路以及實物圖 12 J04J15J26J37CLK1CO/ZD14J410CI/CE3J511SPE15J612APE9J713CLR2VCC16GND8U10CD40103GND+5V+5V1 2147U2A74HC04GND+5VR11MR3470XTAL12MGND4CLK3D21Q5Q6VCC14GND7U1A74HC7451120324657637GND889410911CO12RST15CLK14CKEN13VDD16U4CD4017+5V+5VGNDR2470C130pFGND123P33 排針1M1MFinFinGNDGNDGND+5V51120324657637GND889410911CO12RST15CLK14CKEN13VDD16U5CD4017GNDGNDGND+5V51120324657637GND889410911CO12RST15CLK14CKEN13VDD16U6CD4017GNDGNDGND+5V51120324657637GND889410911CO12RST15CLK14CKEN13VDD16U7CD4017GNDGNDGND+5VP42 排針 P52 排針 P62 排針P72 排針1 2 3 4P94 排針1 2 3 4P104 排針+5VGNDC922uF/16VC1030pF+5VVCO IN9COMP IN3SIG IN14VCO OUT4PD1 OUT2PD2 OUT13DZ15DMD OUT10C1A6C1B7INH5PH PULSE1R111R212VCC16GND8U8CD4046C7102C6