【正文】 設(shè)計 ?????????????????????????????? x 總 體設(shè)計方案 ?????????????????????????????? x 設(shè)計要求 ?????????????????????????????? x 設(shè)計思路 ?????????????????????????????? x 方案論證與比較 ??????????????????????????? x 系統(tǒng)組成 ?????????????????????????????? x 2. 單元電路設(shè)計 ????????????????????????????? x 壓控振蕩器的 設(shè)計 ???????????????????????????? x 鎖相環(huán)路的設(shè)計 ????????????????????????????? x PLL頻率合成電路設(shè)計 ???????????????????????? x 前置分頻器 ????????????????????????????? x 低通濾波器 ????????????????????????????? x 電源電路 ?????????????????????????????? x 功率放大電路的設(shè)計 ???????????????????????????? x 峰 峰值測量電路的設(shè)計 ?????????????????????????? x 立體聲編碼器的設(shè)計 ???????????????????????????? x 頻率的計算 ???????????????????????????????? x 3. 軟件設(shè)計 ????????????????????????????????? x MC145152的控制和顯示部分的設(shè)計 ???????????????????? ?? x 測頻計的設(shè)計 ??????????????????????????????? x ADC0809控制部分的設(shè)計 ?????????????????????????? x 液晶顯示驅(qū)動的設(shè)計 ???????????????????????????? x 9 4. 系統(tǒng)測試 ????????????????????????????????? x 測試使用的儀器 ?????????????????????????????? x 指標測試和測試結(jié)果 ?????????????????????? ?????? x 輸出頻率范圍和穩(wěn)定度的測試 ?????????????????????? x 電壓峰 峰值的測試 ??????????????????????????? x 輸出功率 的測試 ???????????????????????????? x 5. 結(jié)束語 ?????????????????????????????????? x 參考文獻 ??????????????????????????????????? x 附錄 ??????????????????????????????????? ?? x 附 錄 元器件明細表 ??????????????????????????? x 附錄 2：程序清單 ??????????????????????????????? x 注意 1：目錄中的頁碼根據(jù)實際論文的頁碼編寫，此處全部用 x表示。 方案論證與比較 1．壓控振蕩器的設(shè)計方案論證與選擇 方案一 ： 采用分立元件構(gòu)成。 綜上所述，選擇方案二利用壓控振蕩芯片 MC1648 和變?nèi)荻?極管 MV209，外加一個 LC 并聯(lián)諧振回路構(gòu)成壓控振蕩器。缺點是分辨率的提高要通過增加循環(huán)次數(shù)來實現(xiàn)，電路超小型化和集成化比較復(fù)雜。 圖 鎖相環(huán)式頻率合成器基本組成框圖 綜上所述，選擇 方案三采用大規(guī)模 PLL芯片 MC145152 和其它芯片構(gòu)成數(shù)字鎖相環(huán)式頻率合成器。但該芯片價格昂貴，并且系統(tǒng)對芯片的資源利用較少。功能集成在 FPGA一塊芯片上，可靠性高，準確性好，容易實現(xiàn)，并且充分利用了 FPGA的資源。利用該方法電路測量容易，也比較準確。利用該方法可以進一步提高輸出電壓的穩(wěn)定性，保證在 15~35MHz的頻率范圍內(nèi)，輸出電壓峰 峰值控制在 1V177。 方案二： 采用丙類功率放大電路。 8．立體聲模塊的設(shè)計方案論證與選擇 方案一： 采用分立元件組成立體聲模塊。選擇自制音源還可以顯示曲目。用兩片 MC34063芯片分別將 3V的電池電壓進行直流斬波調(diào)壓，得到 5V和 12V 的穩(wěn)壓輸出。 15 圖 系統(tǒng)組成框圖 2. 單元電路設(shè)計 壓控振蕩器和穩(wěn)幅電路的設(shè)計 壓控 LC振蕩器主要由壓控振蕩芯片 MC164變?nèi)荻O管 MV209以及 LC諧振回路構(gòu)成。其 振蕩頻率由式 。 。減小諧振回路的電感感抗，改變電容容量，不需要并聯(lián)二極管即可很容易地實現(xiàn)頻率擴展，在實驗中利用該方法用單管電感，繞 6圈，曾使輸出達到 87MHZ 以上。 圖 鎖相環(huán)基本原理框圖 PLL 頻率合 成電路設(shè)計 鎖相環(huán)頻率合成器是以大規(guī)模集成 PLL 芯片 MC145152 為核心設(shè)計的。 N計數(shù)器、 6bit247。247。 N計數(shù)器一起構(gòu)成一個吞咽脈沖可編程分頻器。 A計數(shù)器輸出由高變低，247。而 VCO如做調(diào)頻源用，其瞬時頻率總是偏離標準值的。芯片的輸入輸出端與地之間連接大容量的濾波電容，靠近芯片的輸入引腳加小容量高頻電容以抑制芯片自激，輸出引腳端連接高頻電容以減小高頻噪聲。 。 在該電路中，要保持輸出電壓 Uout1穩(wěn)定在 1V177。 U0 與給出峰 峰值電壓的關(guān)系曲線通過實驗得到，如圖 （ b）所示。 圖 立體聲模塊電路圖 頻率的計算 VCO 輸出頻率 的范圍是 14～ 45MHz。該值可通過 FPGA改變。 64=。它支持自頂向下（ Top Down）和基于庫（ Library Based）的設(shè)計方法，支持同步電路、異步電路、 FPGA以及隨機電路的設(shè)計，范圍很廣，語言的語法比較嚴格，給閱讀和使用都帶來極大好處。 A、 N的初始值為 16和 31。 表 31 頻率間隔為 5KHz， 100KHz， 500KHz 時對應(yīng)的 A、 N 值例表（部分） 5KHz A值 N值 100KHz A值 N值 500KHz A值 N值 48 93 4 94 20 95 49 93 24 94 56 96 50 93 44 94 28 98 51 93 0 95 0 100 52 93 20 95 36 101 53 93 40 95 8 103 54 93 60 95 44 104 55 93 16 96 16 106 56 93 36 96 52 107 57 93 56 96 24 109 58 93 12 97 60 110 26 圖 軟件設(shè)計流程圖 圖 參數(shù)計算流程圖 27 頻率測量部分的程序設(shè)計 頻率測量是對設(shè)定的輸出頻率進行實時測定并顯示。它控制計數(shù)器的工作，使其計數(shù)周期為 1S,1S之后就停止計數(shù)，將此時的計數(shù)值送入鎖存器鎖存，同時對計數(shù)器清零，開始下一個周期的計數(shù)，該計數(shù)值就是測得的頻 率。 START是轉(zhuǎn)換啟動信號，高電平有效； ALE是 3位通道選擇地址（ ADDA,ADDB,ADDC）信號的鎖存信號。 圖 ADC0809 控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 液晶顯示驅(qū)動的程序設(shè)計 3． 4． 1 系統(tǒng)設(shè)計 該部分程序用 VHDL 硬件描述語言編寫。 Vdd 29 是 +5V 邏輯電源 ,V0 是液晶驅(qū)動電源 ,Vss是電源地 .。時鐘模塊（ clock） 是對顯示時間的預(yù)置，即液晶顯示器顯示的內(nèi)容。分頻進程是為滿足使能信號的使能周期的最小時間，這是由于 FPGA的頻率太高，要滿足使能周期的最小時間就必須利用分頻實現(xiàn)。039。 圖 樂曲自動演奏原理框圖 automusic 模塊產(chǎn)生 8位發(fā)聲控制輸入 index，其中 一個進程對基準脈沖進行分頻得到4Hz 的脈沖以控制每個音階停頓時間為 1/4=，第二個進程是音樂存儲，將編好的樂曲存在 ROM中，本設(shè)計中存儲了 3 首歌曲。表 表格。 RUP m 222 ??????＝ （ ） 表 功率測量數(shù)據(jù)表 測量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 平均值 電壓 Um（ V） 功率（ mW） 5. 結(jié)束語 壓控振蕩器可以實現(xiàn)以下功能： ① 壓控振蕩器輸出頻率范圍 14～ 45MHz； 標稱值 （ MHz） 實測頻率（ MHz） 平均值（ MHz） 穩(wěn)定度 （％） 00S 30S 60S 90S 120S 150S 中心頻率 30 最小頻率 14 最大頻率 39 34 ② 可對輸出頻率進行測量，步進可為 5kHz、 100kHz或 500kHz，并利用液晶實時顯示； ③ 可實時測量輸出電壓峰 峰值并顯示； ④ 輸出 功率 ≥ 20mW； ⑤ 對語音信號實現(xiàn)立體聲編碼； ⑥ 可實現(xiàn)語音存儲功能； ⑦ 關(guān)機后所存語音信號不丟失，時鐘不丟失。軟件部分利用 VHDL硬件描述語言編程實現(xiàn)， 并下載到 Xilinx公司 SpartanⅡ芯片上調(diào)試通過 。 注意 2： 以上部分在實際論文中為一頁。 FPGA 可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件 集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用 EDA軟件仿真，調(diào)試，易于進行功能擴展。 AT89C51負責(zé)監(jiān)測金屬探測模塊和路程測量模塊，同時實現(xiàn)車速的顯示，計時和控制小 39 車的狀態(tài)標志等功能。在本設(shè)計中我們采用諧振法，也就是電感測量電路。 當沒有被測物體時， 先使 LC回路諧振，諧振頻率為 LCf ?2 10 ? 此時阻抗值最大，輸出電壓為最大。但由于激光是以光速傳播的，距離與時間的關(guān)系滿足： 2S=C T1，在本系統(tǒng)中障礙物離小車的距離最大不超過2m，所以 T1≤ 4/C= 108s，而單片機的機器時鐘為晶體振蕩器的十二分之一（一般單片機 41 采用 12MHz 或 6MHz 的晶振），遠大于 T1，因此需要添加外部的發(fā)射電路才能適合單片機接收，同時，由于激光傳感器的制作比較精細使其價格過高。 基于以上分析，擬訂方案三。根據(jù)題目要求，需要顯示金屬片與起跑線之間的距離，考慮到小車在行駛過程中，車輪旋轉(zhuǎn)一圈所行走的距離就是車輪的周長，因此只要在某時間間隔內(nèi)測量出車輪的圈數(shù)，依照 S=n C（其中 S為路程， C為車輪的周長， n為圈數(shù)），就可得出路程值。 方案一：采用熱探測器。并考慮使用兩個光電傳感器或者使用三個光電傳感器兩種方案。由于采用的是 白熾燈，光線是射散的，為了便于小車能夠在偏離光源一定角度的情況下仍能檢測到光線，我們使用了三個互成一定角度的傳感器組，這樣增加了小車的檢測范圍。這個方案的優(yōu)點是電路比較簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短可靠性不高。 方案一：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車 的速度進行調(diào)整。由于光源會發(fā)出光線和熱量，我們可以采用光敏三極管傳感器和熱釋電傳感器實現(xiàn)追蹤光源的功能。光電探測 器吸收的光子必須滿足一定的波長，否則不能被吸收，所以受外界影響比較小，抗干比較強?？紤]到軌道是一條黑線，周圍鋪設(shè)了白紙，可以利用傳感器辨認路面黑白兩種不同狀態(tài)。在本設(shè)計中只要繞過 C點前的障礙物即可，因此只需要一對超聲波傳感器 400ST(329)。且 超聲波具有較好的指向性 ， 頻率越高，指向性越強。 方案一：采用激光傳感器檢測距離，利用光的反射原理進行距離的測量， 激光傳感器方框圖如圖 。圖中，電感 L 和電容 C1 和 C2接成電容三點式振蕩器。我們要將這種變化轉(zhuǎn)化為電流或電壓的變化。在本設(shè)計中，我們采用了兩片單片機分開對 9個單元模塊進行監(jiān)測和控制，這樣減輕了單個 CUP的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時，通過 CPU之間的分階段地互相控制，減少了外圍設(shè)備。對于控制器的選擇有以下兩種方案?？刂粕喜捎梅謺r復(fù)用技術(shù) 對系統(tǒng)進行優(yōu)化。由于采用了 AGC電路、變壓器耦合電路以及電壓并聯(lián)負反饋電路， 使輸出電壓可以很好的穩(wěn)定在 1V177。 表 輸出電壓峰 峰值測量記錄表 振蕩頻率（ MHz） 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 平均值 Vpp(V) 精度為（ ） /1 100％＝ 73％。 表 測試使用的儀器設(shè)備 序號 名稱、型號、規(guī)格 數(shù)量 備注 1 QBG3B 高頻 Q 表 1 上海無線電儀器廠 2 BT3CA 型 VHF 頻率特性測試儀 1 南京無線電儀器廠 3 愛使牌 AS1051S 高頻信號發(fā)生器 1 上海愛