【正文】 南 京 工 程 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 作 者： 學(xué) 號： 院 系 ： 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 基于鎖相環(huán) 路 的高頻信號 源設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 周正 講師 評閱者： 20xx 年 6 月 南 京 Highfrequency Signal Generator Based On PLL By ChengFengYin Supervised by Lecturer ZhengZhou College of Communication Engineering Nanjing Institute of Technology June 20xx 摘要 本文設(shè)計(jì)以以 AT89S52 為核心， 它直接控制 MC145152 的 A 分頻數(shù)，其串口工作在方式 0，經(jīng)過串、并轉(zhuǎn)換后，控制 MC145152 的 N 分頻數(shù)。鍵盤實(shí)現(xiàn)A 加記數(shù)、 A 減記數(shù)、 N 加記數(shù)、 N 減記數(shù)、步進(jìn)值和波段的控制； 數(shù)碼管 實(shí)時(shí)顯示頻率和頻率步進(jìn)值；單片機(jī)直接控制繼電器實(shí)現(xiàn)波段變化，并用二極管顯示當(dāng)前的頻段范圍。 通過對該課題的研究，以 高頻信號源系統(tǒng) 為研究目標(biāo)，從問題的提出到工程方案的確定，從 鎖相環(huán)路的原理、應(yīng)用和數(shù)學(xué)模型分析到利用鎖相環(huán)路構(gòu)建高頻合成電路，軟、硬件實(shí)現(xiàn) 。 關(guān)鍵詞 :鎖相環(huán) ； MC145152； AT89S52； Abstract This article is designed to AT89S52 core, which directly control the MC145152 A score frequency, its serial port in mode 0, string, and convert, control the MC145152N frequency .Keyboard count A plus, A minus count, N, and the count, N the number of writedown, step value and the band control。 Digital tube realtime display of frequency and frequency step value 。singlechip direct control relays band change, and use diode display the current frequency range. Through the study of this subject, to the high frequency signal source system for the research objectives of the problem to the engineering program, from the phaselocked loop principle, application and mathematical model analysis to the use of phaselocked loop to build highfrequency synthesis circuits, software and hardware implemention. Keywords： phaselocked loop。 MC1451522。 AT89S52。 目錄 第一章 緒論 ............................................. 1 選題背景 ............................................. 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和主要內(nèi)容 ........................... 1 信號源的簡介 ........................................ 2 鎖相環(huán)技術(shù)簡介 ..................................... 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的主要章節(jié)安排 ........................ 4 第二章 鎖相環(huán)及頻率合成技術(shù) ............................ 5 鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)及基本原理 ............................. 5 鎖相環(huán)路的各部件及其數(shù)學(xué)模型 ...................... 7 頻率合成技術(shù) ........................................ 9 第三章 芯片的介紹 ...................................... 11 AT89S52 單片機(jī) ..................................... 11 芯片 MC145152 MC12022 MC1648 簡介 ................. 14 第四章 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .................................... 18 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ...................................... 18 單元電路設(shè)計(jì) ...................................... 18 .............................. 18 .............................. 22 ..................................... 27 設(shè)計(jì)和頻率計(jì)算 ........................ 28 第五章 軟件設(shè)計(jì) ......................................... 30 MC145152 的控制和顯示部分的程序設(shè)計(jì) .............. 30 74LS595 的控制程序設(shè)計(jì) ............................ 31 液晶顯示驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì) ........................... 31 第六章 總結(jié)與展望 ...................................... 33 致謝 ..................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................. 35 附錄一 總體電路圖 ...................................... 36 附錄二 程序 ............................................ 37 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 1 第一章 緒論 選題背景 隨著社會科學(xué)的電子技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展 ，對于一些電路的分析所需的儀器種類越來越多，同時(shí)要求的精度也越來越高。技術(shù)的發(fā)展應(yīng)是面向人性化、智能化、經(jīng)濟(jì)化為一體的發(fā)展目標(biāo)。在現(xiàn)代電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率方便可調(diào)的信號源，信號源的使用普及程度也許僅次于萬用表和示波器。頻率 越高、產(chǎn)生波形種類越多的發(fā)生器性能越好，但器件成本和技術(shù)要求頁大大提高 。 在現(xiàn)代電子技術(shù)中，為了得到高精度的振蕩頻率，利用鎖相環(huán)、倍頻、分頻等頻率合成技術(shù)，可以獲得多頻率、高穩(wěn)定的振蕩信號輸出。 鎖相技術(shù)起源于二十世紀(jì) 30年代，提出無線電調(diào)幅信號的鎖相同步檢波技術(shù)； 40 年代電視技術(shù)得到發(fā)展； 50 年代空間技術(shù)的發(fā)展； 60 年代相繼研究制出集成鎖相環(huán)部件和單片機(jī)鎖相環(huán)路； 70 年代由于半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使鎖相技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于電子技術(shù)領(lǐng)域； 80 至 90 年代鎖相環(huán)路理論與研究日益完善，應(yīng)用范圍遍及整個(gè)電 子技術(shù)領(lǐng)域； 近年來，鎖相技術(shù)在通信、航天、測量、電視、原子能等領(lǐng)域，能夠高性能地完成信號的提取，信號的跟蹤與同步，模擬和數(shù)字通信的調(diào)制與解調(diào)、頻率合成、濾波等功能，已經(jīng)成為電子設(shè)備中常用的基本部件之一。 通信及電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展促使集成鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)突飛猛進(jìn)，目前朝著集成化，數(shù)字化，多用化方向飛速發(fā)展。利用鎖相環(huán)路構(gòu)建高頻合成電路，軟、硬件也變得可以實(shí)現(xiàn)。其核心是基于鎖相和頻率合成技術(shù)。 通過對設(shè)計(jì)的研究，熟悉高頻信號源的設(shè)計(jì)的基本過程。 鎖相環(huán)是相位誤差控制系統(tǒng)，它將設(shè)定 的參考信號與輸出信號之間的相位不斷比較，利用兩者的相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號的相位，直到輸出信號與參考信號達(dá)到同頻。 高頻信號源要求電子儀器能達(dá)到很高的輸出頻率，具有低相位誤差、低南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 2 雜散、易于集成等特點(diǎn)，能提供頻率穩(wěn)定度很高的輸出信號，能很好的抑制寄生分量，避免大量使用濾波器，因而有利于集成化和小型化。 該 設(shè)計(jì) 以 高頻信號源系統(tǒng) 為研究目標(biāo)，從問題的提出到工程方案的確定，從 鎖相環(huán)路的原理、應(yīng)用和數(shù)學(xué)模型分析到利用鎖相環(huán)路構(gòu)建高頻合成電路，軟、硬件實(shí)現(xiàn) 。 信號源又稱信號發(fā)生器或振蕩器， 它是指生產(chǎn)所需要的參數(shù)的電測試信號的儀器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。 在測試、 研究 或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)，為電壓表定度等，都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測設(shè)備的激勵(lì)信號。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。當(dāng)測試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號源輸出信號的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性， 有輸出指示。 信號源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號發(fā)生器、矩形脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器和隨機(jī)信號發(fā)生器等四大類。正弦信號是使用最廣泛的測試信號。這是因?yàn)楫a(chǎn)生正弦信號的方法比較簡單，而且用正弦信號測量比較方便。 其中函數(shù)信號發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都都需要高頻發(fā)射，這里的高頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的信號源。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等， 都需要功率或大或小、頻率或高或低的信號源。 鎖相環(huán)是一種利用反饋控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率及相位的同步技術(shù)，其作用是將電路輸出的時(shí)鐘與其外部的參考時(shí)鐘保持同步。當(dāng)參考時(shí)鐘的頻率或相位發(fā)生改變時(shí)，鎖相環(huán)會檢測到這種變化，并且通過其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輸出頻率，直到兩者重新同步，這種同步又稱為“鎖相”。 鎖相環(huán)包括鑒相器（ PD)、環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩器（ VCO）。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 3 鑒相器是相位比較裝置，它把輸出信號和參考信號的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生對應(yīng)于兩信號相位差的誤差電壓。而其原理是 使輸出電壓與兩個(gè)輸入信 號之間的相位差有確定關(guān)系的電路 。 環(huán)路濾波器的作用是濾除誤差電壓中的高頻成分和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它的作用是在鑒相器的輸出端衰減高頻誤差分量，以提高抗干擾性能；在環(huán)路跳出鎖定狀態(tài)時(shí)，提高環(huán)路以短期存儲，并迅速恢復(fù)信號。 壓控振蕩器是用以產(chǎn)生調(diào)頻信號，在自動(dòng)頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。 大致有如下框圖 ： U1 Ud Uc u2 圖 11 基本 鎖相環(huán) 結(jié)構(gòu) 框圖 鎖相環(huán)具有 載波跟蹤特性 ： 無論輸入鎖相環(huán)路的信號是己調(diào)制或未調(diào)制的，只要信號包含著載波頻率成分，就可將鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)成一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，跟蹤輸入信號載波成分的頻率與相位變化，環(huán)路輸出信號就是需要提取 (或復(fù)制 )的載波信號，這種特性稱為環(huán)路的載波跟蹤特性。載波跟蹤特性包含著三重含義 :一是窄帶，窄帶可以有效地濾除噪聲與干擾，而環(huán)路主要是利用環(huán)路濾波器的低通特性來實(shí)現(xiàn)高頻窄通帶的，這比之制作普通的窄帶濾波器要容易得多。在高載頻上， 用鎖相環(huán)路可將通帶做到 1Hz 或幾 Hz 那樣窄，這是普通濾波器難以實(shí)現(xiàn)的。二是跟蹤，跟蹤載波頻率的飄移變化，可保證窄帶的實(shí)現(xiàn)。普通的帶通濾波器無法跟蹤，因此它的通頻帶寬度必須計(jì)及頻率漂移范圍。三是可將弱載波頻率成份放大為強(qiáng)信號輸出。由于環(huán)