【正文】 設(shè)計(jì) ?????????????????????????????? x 總 體設(shè)計(jì)方案 ?????????????????????????????? x 設(shè)計(jì)要求 ?????????????????????????????? x 設(shè)計(jì)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(jì) ????????????????????????????? x 壓控振蕩器的 設(shè)計(jì) ???????????????????????????? x 鎖相環(huán)路的設(shè)計(jì) ????????????????????????????? x PLL頻率合成電路設(shè)計(jì) ???????????????????????? 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(jì) ???????????????????????????? x 峰 峰值測(cè)量電路的設(shè)計(jì) ?????????????????????????? x 立體聲編碼器的設(shè)計(jì) ???????????????????????????? x 頻率的計(jì)算 ???????????????????????????????? x 3. 軟件設(shè)計(jì) ????????????????????????????????? x MC145152的控制和顯示部分的設(shè)計(jì) ???????????????????? ?? x 測(cè)頻計(jì)的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????? x ADC0809控制部分的設(shè)計(jì) ?????????????????????????? x 液晶顯示驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) ???????????????????????????? x 9 4. 系統(tǒng)測(cè)試 ????????????????????????????????? x 測(cè)試使用的儀器 ?????????????????????????????? x 指標(biāo)測(cè)試和測(cè)試結(jié)果 ?????????????????????? ?????? x 輸出頻率范圍和穩(wěn)定度的測(cè)試 ?????????????????????? x 電壓峰 峰值的測(cè)試 ??????????????????????????? x 輸出功率 的測(cè)試 ???????????????????????????? x 5. 結(jié)束語(yǔ) ?????????????????????????????????? x 參考文獻(xiàn) ??????????????????????????????????? x 附錄 ??????????????????????????????????? ?? x 附 錄 元器件明細(xì)表 ??????????????????????????? x 附錄 2：程序清單 ??????????????????????????????? x 注意 1：目錄中的頁(yè)碼根據(jù)實(shí)際論文的頁(yè)碼編寫(xiě)，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(jì)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(gè) LC 并聯(lián)諧振回路構(gòu)成壓控振蕩器。缺點(diǎn)是分辨率的提高要通過(guò)增加循環(huán)次數(shù)來(lái)實(shí)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(jià)格昂貴，并且系統(tǒng)對(duì)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(zhǔn)確性好，容易實(shí)現(xiàn)，并且充分利用了 FPGA的資源。利用該方法電路測(cè)量容易，也比較準(zhǔn)確。利用該方法可以進(jìn)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(jì)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(jìn)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(jì) 壓控振蕩器和穩(wěn)幅電路的設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)頻率擴(kuò)展，在實(shí)驗(yàn)中利用該方法用單管電感，繞 6圈，曾使輸出達(dá)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(jì) 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(jì)的。 N計(jì)數(shù)器、 6bit247。247。 N計(jì)數(shù)器一起構(gòu)成一個(gè)吞咽脈沖可編程分頻器。 A計(jì)數(shù)器輸出由高變低，247。而 VCO如做調(diào)頻源用，其瞬時(shí)頻率總是偏離標(biāo)準(zhǔn)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(guò)實(shí)驗(yàn)得到，如圖 （ b）所示。 圖 立體聲模塊電路圖 頻率的計(jì)算 VCO 輸出頻率 的范圍是 14～ 45MHz。該值可通過(guò) FPGA改變。 64=。它支持自頂向下（ Top Down）和基于庫(kù)（ Library Based）的設(shè)計(jì)方法，支持同步電路、異步電路、 FPGA以及隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)，范圍很廣，語(yǔ)言的語(yǔ)法比較嚴(yán)格，給閱讀和使用都帶來(lái)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(shí)對(duì)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(jì)流程圖 圖 參數(shù)計(jì)算流程圖 27 頻率測(cè)量部分的程序設(shè)計(jì) 頻率測(cè)量是對(duì)設(shè)定的輸出頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定并顯示。它控制計(jì)數(shù)器的工作，使其計(jì)數(shù)周期為 1S,1S之后就停止計(jì)數(shù)，將此時(shí)的計(jì)數(shù)值送入鎖存器鎖存，同時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器清零，開(kāi)始下一個(gè)周期的計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)值就是測(cè)得的頻 率。 START是轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電平有效； ALE是 3位通道選擇地址（ ADDA,ADDB,ADDC）信號(hào)的鎖存信號(hào)。 圖 ADC0809 控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 液晶顯示驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì) 3． 4． 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該部分程序用 VHDL 硬件描述語(yǔ)言編寫(xiě)。 Vdd 29 是 +5V 邏輯電源 ,V0 是液晶驅(qū)動(dòng)電源 ,Vss是電源地 .。時(shí)鐘模塊（ clock） 是對(duì)顯示時(shí)間的預(yù)置，即液晶顯示器顯示的內(nèi)容。分頻進(jìn)程是為滿足使能信號(hào)的使能周期的最小時(shí)間，這是由于 FPGA的頻率太高，要滿足使能周期的最小時(shí)間就必須利用分頻實(shí)現(xiàn)。039。 圖 樂(lè)曲自動(dòng)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(gè)進(jìn)程對(duì)基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行分頻得到4Hz 的脈沖以控制每個(gè)音階停頓時(shí)間為 1/4=，第二個(gè)進(jìn)程是音樂(lè)存儲(chǔ)，將編好的樂(lè)曲存在 ROM中，本設(shè)計(jì)中存儲(chǔ)了 3 首歌曲。表 表格。 RUP m 222 ??????＝ （ ） 表 功率測(cè)量數(shù)據(jù)表 測(cè)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(yǔ) 壓控振蕩器可以實(shí)現(xiàn)以下功能： ① 壓控振蕩器輸出頻率范圍 14～ 45MHz； 標(biāo)稱值 （ MHz） 實(shí)測(cè)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(duì)輸出頻率進(jìn)行測(cè)量，步進(jìn)可為 5kHz、 100kHz或 500kHz，并利用液晶實(shí)時(shí)顯示； ③ 可實(shí)時(shí)測(cè)量輸出電壓峰 峰值并顯示； ④ 輸出 功率 ≥ 20mW； ⑤ 對(duì)語(yǔ)音信號(hào)實(shí)現(xiàn)立體聲編碼； ⑥ 可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音存儲(chǔ)功能； ⑦ 關(guān)機(jī)后所存語(yǔ)音信號(hào)不丟失，時(shí)鐘不丟失。軟件部分利用 VHDL硬件描述語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)， 并下載到 Xilinx公司 SpartanⅡ芯片上調(diào)試通過(guò) 。 注意 2： 以上部分在實(shí)際論文中為一頁(yè)。 FPGA 可以實(shí)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(jìn)行功能擴(kuò)展。 AT89C51負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)金屬探測(cè)模塊和路程測(cè)量模塊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車速的顯示，計(jì)時(shí)和控制小 39 車的狀態(tài)標(biāo)志等功能。在本設(shè)計(jì)中我們采用諧振法，也就是電感測(cè)量電路。 當(dāng)沒(méi)有被測(cè)物體時(shí)， 先使 LC回路諧振，諧振頻率為 LCf ?2 10 ? 此時(shí)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(shí)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(guò)2m，所以 T1≤ 4/C= 108s，而單片機(jī)的機(jī)器時(shí)鐘為晶體振蕩器的十二分之一（一般單片機(jī) 41 采用 12MHz 或 6MHz 的晶振），遠(yuǎn)大于 T1，因此需要添加外部的發(fā)射電路才能適合單片機(jī)接收，同時(shí)，由于激光傳感器的制作比較精細(xì)使其價(jià)格過(guò)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(guò)程中，車輪旋轉(zhuǎn)一圈所行走的距離就是車輪的周長(zhǎng)，因此只要在某時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)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(zhǎng)， n為圈數(shù)），就可得出路程值。 方案一：采用熱探測(cè)器。并考慮使用兩個(gè)光電傳感器或者使用三個(gè)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(cè)到光線，我們使用了三個(gè)互成一定角度的傳感器組，這樣增加了小車的檢測(cè)范圍。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)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(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車 的速度進(jìn)行調(diào)整。由于光源會(huì)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(shí)現(xiàn)追蹤光源的功能。光電探測(cè) 器吸收的光子必須滿足一定的波長(zhǎng)，否則不能被吸收，所以受外界影響比較小，抗干比較強(qiáng)?？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(rèn)路面黑白兩種不同狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中只要繞過(guò) C點(diǎn)前的障礙物即可，因此只需要一對(duì)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(qiáng)。 方案一：采用激光傳感器檢測(cè)距離，利用光的反射原理進(jìn)行距離的測(cè)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(diǎn)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(jì)中，我們采用了兩片單片機(jī)分開(kāi)對(duì) 9個(gè)單元模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，這樣減輕了單個(gè) CUP的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)，通過(guò) CPU之間的分階段地互相控制，減少了外圍設(shè)備。對(duì)于控制器的選擇有以下兩種方案?？刂粕喜捎梅謺r(shí)復(fù)用技術(shù) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(fù)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(cè)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(cè)試使用的儀器設(shè)備 序號(hào) 名稱、型號(hào)、規(guī)格 數(shù)量 備注 1 QBG3B 高頻 Q 表 1 上海無(wú)線電儀器廠 2 BT3CA 型 VHF 頻率特性測(cè)試儀 1 南京無(wú)線電儀器廠 3 愛(ài)使牌 AS1051S 高頻信號(hào)發(fā)生器 1 上海愛(ài)