【正文】 件。載波跟蹤特性在空間應(yīng)用、通信與微弱信號接收鑒相器 PD 環(huán)路濾波器 LF 壓控振蕩器VCO 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 4 技術(shù)中有著重要與廣泛的應(yīng)用。 首先就設(shè)計的研究背景意義做出說明。這個相位變化在鑒相器中與參考晶體振蕩器 的穩(wěn)定相位（對應(yīng)于頻率 Rf ）相比較，使鑒相器輸出一個與相位誤差成比例的誤差電壓 ()dvt，經(jīng)過低通濾波器，取出其中緩慢變動的直流分量 ()cvt用來控制壓控振蕩器中的壓控組件數(shù)值（通常是改變變?nèi)荻O管的電容量）而這壓控組件又是 VCO 振蕩回路的組成部分，結(jié)果壓控組件電容量的變化將 VCO的輸出頻率又拉回到穩(wěn)定值上。穩(wěn)態(tài)相位 差經(jīng)過鑒相器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髡`差，通過低通濾波器去控制 VCO，使 VR??? 與 R? 同步。經(jīng)過不斷地循環(huán)反饋， iU 矢量的旋轉(zhuǎn)角速度逐漸加快，直到與 iU 旋轉(zhuǎn)角度相同 ,重新 實現(xiàn)Vi??? ，這時環(huán)路再次鎖定，瞬時相位差 0? 為恒值，鑒相器輸出恒定的誤差電壓 【 7】 。 鑒相器的輸出電壓與兩個輸入信號的相位誤差有著對應(yīng)關(guān)系，可以說一個理想的模擬相乘器可以看作是鑒相器，因為在它的兩個輸入 4 分別加上正弦輸入信號 ()iVt與壓控振蕩器的正弦輸出 0()tV ，則它的輸出電壓 ()dVt與它的兩個輸入信號相位差 ()et? 存在以下關(guān)系： ()dVt= sin ( )Kd e t? 。另外，環(huán)路濾波器還能幫助防止噪聲電壓干擾環(huán)路的正常工作，這是由于存儲在環(huán)路濾波器上的電容能幫助很快重新捕獲因噪聲尖峰或其他瞬態(tài)效應(yīng)而丟失的信號。如圖 (24)： 圖 24 瞬時頻率 ()Vt? 與控制電壓 ()CVt之間的關(guān)系曲線 由圖可以看出，當(dāng)不加控制電壓（即 CV =0），振蕩器振蕩在固有頻率 0? 上。頻率點之間能夠分辨的最小的間隔。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 第三章 芯片的介紹 AT89S52 單片機 本系統(tǒng)選用的核心處理器是 AT89S52 單片機，它 是一個低功耗，高性能CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 。 本次系統(tǒng)設(shè)計，運用了 52 單片機的各個 I/O口和 2個定時器，但是對于其他的一些功能應(yīng)用，比如 全雙工 UART 串行中斷口線 、 靈 活的 ISP字節(jié)和分頁編程 之類仍未涉及到，以后將會有更好的運用的。 本次系統(tǒng)中， 52 單片機的 P0 口是作為液晶顯示器 8 位的數(shù)據(jù)傳輸口使用的，把需要的數(shù)字信號并行傳輸給液 晶顯示器。但是在下載程序是，其 P1P1 P17 口則是作為程序下載口使用的。 本系統(tǒng)中，P2口的主要作用是一部分作為液晶顯示器的控制口，另一部分是鍵盤的輸入口。 RST: 復(fù)位輸入。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。 N 計數(shù)器、 6 可編程的 6bit 247。分頻比有 8 種選擇 , 其參考地址碼與分頻比的關(guān)系見表 1 所列 引腳 2 27 (OSCIN 、 OSCOU T ) 為參考振蕩端 ,當(dāng)兩引腳接上一個并聯(lián)諧振晶體時 , 便組成一個參考頻率振蕩器。 引腳 11～ 20 (N9～ N0 ) 為 10bit 247。 N 計數(shù)器下行計滿編程的剩余值 (N A) 。為了降低整機功耗 ,減小體積 ,實現(xiàn)小型化 , 要求雙模預(yù)置分頻器能夠在低功耗下超高速工 作 , 這就導(dǎo)致了近年來人們對低功耗的超高速雙模預(yù)置分頻器的研究。 64/ 65 , 247。 4/ 5 功能 , 第四級和第五級觸發(fā)器、第六南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 級和第七級觸發(fā)器分別實 MC12022 低功耗雙模預(yù)置分頻器。 本設(shè)計采用 Motorola 公司生產(chǎn)的 MC1648 LC 負阻型壓控振蕩器 MC164。對接之后，兩二極管的高頻信號反相，可抵消部分諧波成分。諧振槽路從 10 腳和 12 腳接入，與內(nèi)部的 Q7， Q4， Q5， D1， Q8組成一個移相 720176。這兩種芯片均 是 Motorola 公司的產(chǎn)品 。它是應(yīng)用數(shù)字邏輯電路將 壓控振蕩 器 頻率一次或多次降低至鑒相器頻率上，再 同參考頻率通過 鑒相電路 并 進行比較，通過低通濾波器取出 鑒相器輸出的誤差信號來控制 壓控振蕩器 的頻率，使之鎖定在參考頻率的穩(wěn)定度上。 N 計數(shù)器、 6 位可編程的 6bit247。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 24 圖 49 MC145152 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 參考分頻器是為了得到所需的頻率間隔而設(shè)定的。中間需加一個 低通濾波器將 相位差南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 25 值中 的高頻分量濾掉。 M 為其控制端（從 MC145152 的 9腳輸出，輸入 MC12022 的 6 腳）。 A 和247。為實現(xiàn)鎖相，必須有 fo/（ PN+A） = fr。設(shè)兩個輸入信號分別為： ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?? ???? ???? ???? ttUy mttUy mtUy ttUr mttUr mtUrryyrrr21s i ns i n s i ns i n ???? ????其中，? ? ? ? ? ?ttt yry ???? ???2 ，將兩個信號相乘得到： ? ?? ? ??)()(s i n)()(2s i n21 2121 tttttUr mUy mUyUr r ????? ?????? 再經(jīng)過一個低通濾波器，取出其中的誤差信號 ? ? ? ?)()(s in 21 ttAtU cc ?? ?? ，濾去 其 高頻成分 ，將其直流成分 用來調(diào)整壓控振 的輸出頻率 。設(shè) θ e 為負脈沖的寬度， Vm 為脈沖幅度。環(huán)路濾波器正是解決這一矛盾的關(guān)鍵。 圖 414 環(huán)路 濾波電路圖 本次設(shè)計使用到了多個集成芯片，這些芯片都有著自己的工作電壓，每種芯片的工作電壓并不一樣，不過通過比較后發(fā)現(xiàn)芯片都能在 5V 電 壓源下正常工作，為使電路簡介，并節(jié)約資源，決定統(tǒng)一用 +5V 的電壓源，經(jīng)測試，各電路模塊均能正常工作 【 3】 。 圖 416 基于 89C52 的控制電路 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 30 第五 章 軟件設(shè)計 MC145152 的控制和顯示部分的程序設(shè)計 圖 51 為軟件設(shè)計流程圖 。程序詳見附錄 。 它的時序圖主要有三步： 第一步：將要準備輸入的位數(shù)據(jù)移入 74HC595 數(shù)據(jù)輸入端上。 它有若干個 5X7 或者 5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。都需要高頻發(fā)射，這里的高頻波可以作為高頻載波，把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。還有感謝學(xué)院為我們提供的設(shè)施完善的實驗場所，沒有這些設(shè)施和場所，相信我的畢業(yè)設(shè)計的完成過程將十分艱難的。在與周老師的交流過程中，我學(xué)到了他很多活躍的電路設(shè)計思路和經(jīng)驗，也學(xué)到了一些處理問題的思維方法。 圖 53 1602 寫操作時序圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 33 第六 章 總結(jié)與展望 鎖相環(huán)技術(shù)從上個世紀二三十年代開始，已經(jīng)發(fā)展了很長的時間。 從上可分析：從 產(chǎn)生一上升沿（移入數(shù)據(jù)）和 產(chǎn)生一上升沿（輸出數(shù)據(jù)）是二個獨立過程，實際應(yīng)用時互不干擾。 SCK(11 腳 )：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。 A、 N 的值可由前述 公式 計算得來 ， 但如果在編程的時候編入這種算法將非常的麻煩 ， 但我們可以發(fā)現(xiàn) A、 N 的變化規(guī)律， 由于 R的取值只有八個，而使用到的值更少 。核心 是 使用單片機 AT89C52，單片機 以最小系統(tǒng)工作即可， 使用 晶振， 從 X1， X2 口接入， 晶振的兩個引腳分別接30pF的負載電容到地。 MC145152中的鑒相器輸出的兩個誤差信號分別是一個與參考頻率同頻的方波信號和一個固定電平。環(huán)路濾波器前級的有源網(wǎng)絡(luò)就起到這個作用。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 27 圖 413 數(shù)字鑒相器輸入輸出關(guān)系 （ 1） fRfV時， f 端輸出恒為高電平， g 端輸出負脈沖。如果參考頻率 fr＝ 10kHz，則輸 出頻率 fo＝（ PN＋ A） fr＝（ 64N＋ A） 10kHz。N 計數(shù)器中還有 N－ A 個數(shù)，它繼續(xù)計（ N－ A） P 個輸入脈沖后，輸出一個脈南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 26 沖到鑒相器 PD。 A 是可預(yù)置數(shù)的減法計數(shù)器，由并行輸入口分別預(yù)置 6 位的 A 值和 10 位的 N 值。A 減法計數(shù)器， 247。 R 值由 RA0、 RA RA2 設(shè)定， 將 RA0、 RA RA2 分別置不同的高低電平可得到不同的 R 值，具體數(shù)值 如 下 圖 所示。 A 計數(shù)器、模擬控制邏輯和外接雙模前置分頻器組成吞脈沖程 序分頻器 【 6】 。MC145152 是 MOTOROLA 公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路，它是一塊采用并行碼輸入方式置定、由 14根并行輸入數(shù)據(jù)編程的雙模 CMOS－ LSI 鎖相環(huán)頻率合成器。 N 計數(shù)器和控制邏輯組成的吞脈沖式計數(shù)器；三是鑒相器。Q3， Q2 和射 極跟隨器 Q1 為輸出緩沖級，有隔離作用，可減小負載對振蕩器工作狀態(tài)的影響。 MC1648 內(nèi)部 電路就 含有放大電路和自動增益控制電路， 因此它 可以穩(wěn)定輸出頻率的幅度。 由圖 中 可 以發(fā)現(xiàn) ，兩個變?nèi)荻O管是背靠背連接的， 這樣做的 特點是：對于直流和調(diào)制信號而言，它們相當(dāng)于并聯(lián)，所處的偏置點和受調(diào)制狀態(tài)一樣；而對于高頻信號而 言，它們相 當(dāng)于串聯(lián)，使得每個變?nèi)荻O管兩端的電壓幅度下降了 ， 這就減弱了高頻電壓的作用， 起到了調(diào)控的作用。實現(xiàn)可控可調(diào)的功能 【 1】 。 管腳排列 如圖 33: 圖 33 MC12022引 腳排列圖 MC12022 低功耗雙模預(yù)置分頻器電路具有247。 MC12022 電路具有分頻功能多工作頻率高 ,功耗低 ,溫度性能好等特點 ,可廣泛用于通訊、儀器儀表、雷達、導(dǎo)航等領(lǐng)域。當(dāng)環(huán)路失鎖時 ,LD 為低電平。如果 f v f r 或者 f v 的相位滯后 f r ,則 r 跳為低電平而 v 保持高 。引腳 21～ 25 (A5～ A0 ) 為 6bit A 計數(shù)器的分頻端。 A 計數(shù)器、模擬控制邏輯和外接雙模前置分頻器組成吞脈沖程序分頻器 , 吞脈沖程序分頻南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 器的總分頻比為 : D =VN + A 。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。這個 ALE 使能標志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時， P2 口送出高八位地址。 IL 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。間接頻率 合成器的頻率轉(zhuǎn)換時問取決于鎖相環(huán)路的鎖定時間。 把輸出相位 2()t? 與控制電壓 ()CVt之間的關(guān)系寫成算子形式，即 2()t? = 0K ()CVt/P【 10】 頻率合成技術(shù)是一種將高穩(wěn)定度和準確度的標準頻率經(jīng)過加、減、乘、除運算，產(chǎn)生與標準頻率具有同一穩(wěn)定度和準確度的大量離散頻率輸出技術(shù)。由于環(huán)路濾波器是一個線性電路，所以可用傳遞函數(shù) ()Fs或傳輸算子 ()Fp進行分析。環(huán)路濾波器的作用是抑制鑒相器輸出電壓中的載頻分量和高頻噪聲，降低由 VCO 控制電壓的不純而引起的寄生輸出。維持鎖定的直流控制電壓由鑒相器提供，因此鑒相器的兩個輸入信號間留有一定的相位差。 下面再通過矢量圖進一步分析鎖相環(huán)的原理如圖 22 iU??VU V?i? 圖 22 鎖相環(huán)路的跟蹤原理圖 【 4】 鎖相環(huán)是以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路，利用相位誤差電壓信號實現(xiàn)無頻差的頻率跟蹤目的 (如圖 22所示 )，是一個實現(xiàn)相位自動鎖定的控制系統(tǒng)。若0()e t??? ， 則由公式 （ 1） 得 ： ()( ) 0edtt dt? ?? ? ? 亦即 RV??? （ 24） 由此可知，當(dāng)兩個振蕩信號的瞬時相