【正文】 模塊說明： （ 1）單片機模塊。達到穩(wěn)定后，輸入信號和壓控振蕩器輸出信號之間的頻差為零，相差不再隨時間變化，誤差電壓為一固定值，環(huán)路就進入 “ 鎖定 ” 狀態(tài)。鎖相環(huán)的一種奇特功能是可以抑制疊加在輸入端的噪聲，把深埋于噪聲中的有用信號檢測出來 。此時相位差θ e 為零，那么鑒相器輸出也為零，環(huán)路濾波器輸出也必定為零。 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 5 第二章 鎖相環(huán)路和鎖相頻率合成器的基本原理 由于本文采用的頻率合成方法是應用鎖相環(huán)路的間接頻率合成， 因此首先要了解鎖相環(huán)路的基本工作原理和基本構(gòu)成部分才能進一步的開展下一步的工作。 鎖相頻率合成器 高速前置分頻器、計數(shù)器、鑒相器和控制邏輯組成。特別適合某些特殊場合的應用。其主要優(yōu)點是 :轉(zhuǎn)換頻率的時間短 (可達 μs 級 )，頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控 。相干合成按其型式分為三種 :直接式頻率合成，鎖相式頻率合成和直接數(shù)字式頻率合成，這三種不同的頻率合成型式既體現(xiàn)了頻率合成技術的發(fā)展過程，又各有優(yōu)缺點。鎖相環(huán)路中的壓控振蕩器輸出頻率可以跟蹤輸入信號的瞬時變化，表現(xiàn)了良好的調(diào)制跟蹤性能 。 鎖相環(huán)路具有許多優(yōu)良特性，它可用于頻率合成與交換、自動頻率調(diào)諧、模擬和數(shù)字無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 2 信號的相干解調(diào)、 AM波信號的同步檢波、數(shù)字通信中的位同步提取、鎖相穩(wěn)頻、鎖相倍頻與分頻、鎖相測速與測距、鎖相 FM (PM)調(diào)制與解調(diào)、微波鎖相頻率源及微波鎖相功率放大器等。 本課題是設計一個由單片機、定時計數(shù)器及單片機集成鎖相環(huán)路組成的可程控頻率合成器，所以設計過程會涉及到鎖相環(huán)路、頻率合成器和單片機方面的知識。鎖相環(huán)路有其獨特的優(yōu)良性能，它具有載波跟蹤特性，作為一個窄帶跟蹤濾波器，可提取淹沒在噪聲之中的信號；用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定，可作提供一系列頻率高穩(wěn)定的頻率源；可進行高精度的相位與頻率測量等等。但各單位一般根據(jù)期刊的主管單位的級別來對期刊劃為省級期刊和國家級期刊。梅森）因此，沒有創(chuàng)造性，學術 論文就沒有科學價值。 2) 著錄參考文獻 能方便地把論文作者的成果與前人的成果區(qū)別開來。單片機模塊包含單片機、鍵盤、 LED顯示屏，主要控制系統(tǒng)的各種功能，頻率的合成及各種參數(shù)； 頻率合成模塊包括與單片機連接的并行接口、頻率合成器、低通濾波器、壓控振蕩器。 本系統(tǒng)主要分為頻率合成模塊和單片機模塊。偽注、偽造、篡改無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 II 文獻和數(shù)據(jù)等，均屬學術不端行為致謝一項科研成果或技術創(chuàng)新 ,往往不是獨自一人可以完成的 ,還需要各方面的人力 ,財力 ,物力的支持和幫助 .因此 ,在許多論文的末尾都列有 致謝 1) 著錄參考文獻可以反映論文作者的科學態(tài)度和論文具有真實、廣泛的科學依據(jù)，也反映出該論文的起點和深度?！保ㄋ沟俜? 國家沒有對期刊進行級別劃分。 PD 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 IV 目錄 第一章 緒論 ?? ???????????????????????????????? 1 鎖相環(huán)路 ????????????????????????????? 1 鎖相技術發(fā)展概況 ??????????????????????????? 1 鎖相技術的特點 ??????????????????????????? 1 頻率合成的方法 ??????????????????????????? 2 鎖相頻率合成器 ???????????????????? ?????? 3 第二章 .鎖相環(huán)路和鎖相合成器 ?????????????????????????? 4 鎖相基本原理 ????????????????????????????? 4 鎖相頻率合成器的基本原理 ?????????????????????? 7 第三章 基于單片機的鎖相頻率合成器設 計 ????????????????????? 9 系統(tǒng)介紹 ???????????????????????????????? 9 方案的選擇 ????????????????? ????????????? 9 ?????????????????????? 11 單片機模塊設計 ???????????????????????????? 19 第四章 系統(tǒng)功能調(diào)試 ???????????????????????????? 26 壓控震蕩器的調(diào)試 ??????????????????????????? 26 偉福仿真系統(tǒng)功能 ??????????????????????????? 26 鎖相環(huán)路的調(diào)試 ???? ???????????????????????? 29 輸出頻率測量及穩(wěn)定度 ????????????????????????? 29 第五章 總結(jié) ???????????????????????????????? 31 附錄 系統(tǒng)程序 ???????????????????????????????? 32 致謝 ???????? ??????????????????????????? 43 參考文獻 ????????????????????????????????? 44 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 1 第一章 緒論 鎖相環(huán)路 鎖相環(huán)路（ PLL）是一個能夠跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，它在無線電技術的各個領域得到了很廣泛的應用。 本文采用鎖相式頻率合成的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)中必須解決的關鍵技術問題是減小相位噪聲，以滿足用戶提出的較為苛刻的相位噪聲指標。到 70年代林特塞 (Lindscy)和查利斯 (Charles)進行了有噪聲的一階、二階及高階鎖相環(huán)路的非線性理論分析，并作了大量實驗以充實理論分析。 。相干合成就是由一個高穩(wěn)定度和準確度的標準信號源產(chǎn)生若干具有同一穩(wěn)定度和準確度的頻率，這些頻率與基準頻率之間是完全相關的，各輸出 頻率之間也是完全相關的。它采用了數(shù)字取樣技術，將參考信號的頻率、相位、幅度等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M取樣函數(shù)，然后直接運算出所需要的頻率信號，并把數(shù)字量形式的信號通過數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量形式，在時域中完成頻率合成。并且隨著大規(guī)模集成電路（ LSI）技術和單片微機技術的迅速發(fā)展，大大促進了數(shù)字鎖相頻率合成器集成化程度的提高和體積的縮小，滿足了通信設備的高集成度和超小型化的要求。這使得頻率合成器的成本、體積和功耗都大大下降，簡化了設計和生產(chǎn)調(diào)試的復雜程度，而可靠性則明顯提高。 設計的頻率合成器系 統(tǒng)是 通過串行口，來自單片機的頻率控制字對集成鎖相芯片 的 內(nèi)部分頻器進行設置，將所需頻率 fo進行 10(M ＋ 1)次分頻作為一路鑒相輸入，將參考頻率 fr 進行 (R＋ 1)分頻作為另一路鑒相輸入，通過鑒相器后得到反映兩路鑒相信號誤差的輸出 PD_U 和 PD_D， PD_U 和 PD_D 經(jīng)過環(huán)路濾波器，對噪聲和雜散等干擾進行抑制后得到 VCO 的控制電壓，控制 VCO 工作，使 VCO 輸出頻率鎖定在 fo(fo＝［ 10 改變單片機控制數(shù)據(jù)，可以選擇不同的波道。 整個鎖相環(huán)的工作原理，首先假設輸入信號 u1(t)的角頻率ω 1 等于ω 0，而ω 0 為 VCO的中心頻率，也即控制 電壓 uc(t)=0 時的頻率。 如果輸入信號是一個低頻調(diào)制的調(diào)頻信號，則環(huán)路濾波器輸出就是解調(diào)出來的低頻信號，因此鎖相環(huán)可用作調(diào)頻信號解調(diào)器。若壓控振蕩器的頻率能夠變化到與輸入信號頻率相等，在滿足穩(wěn)定性條件下就在這個頻率上穩(wěn)定下來。 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 9 第三章 鎖相頻率合成器的設計 鎖相頻率合成系統(tǒng)的簡介 本系統(tǒng)由單片機控制、頻率合成及壓控 LC 振蕩模塊組成，系統(tǒng)方框圖如圖 31 所示，其中頻率合成器、壓控振蕩器產(chǎn)生高穩(wěn)定度的正弦波形，而單片機部分是用來控制系統(tǒng)的各種功能及頻率的可編程程序分頻比并輸出給數(shù)碼管 顯示讀數(shù)。它除了包含有鑒相器（雙平衡模擬乘法器）和壓控振蕩器（射極耦合多諧振蕩器）之外，還有三個放大器（ ）限幅器和穩(wěn)壓電路等。最大可變分頻比為 16383，最高工作頻率為 60MHz。 MC1451512 是具有雙模分頻比預置定頻器的鎖相環(huán)頻率合成器集成電路。 綜合考慮，我們選擇第一種方案。振蕩管選用 C1906。調(diào)幅波的特點是頻率與載 波信號的頻率相等，幅度隨輸入信號幅度的變化而變化；調(diào)頻波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，頻率隨輸入信號幅度的變化而變化；調(diào)相波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，相位隨輸入信號幅度的變化而變化 該單元是系統(tǒng)工作的核心部分，根據(jù)題目要求，我們選用 Motorola 公司的 MC1451512 該集成芯片帶單模預置計數(shù)器接口，分別用14 條和 3 條并行輸入數(shù)據(jù)線控制 N 計數(shù)器和 R 計數(shù)器編排程序，其特征是包括參考振蕩器，可選參考頻率分頻器，數(shù)字相位檢測器和可以編程的除以 N 的 14 比特計數(shù)器。 : （ 1） fin 為頻率輸入端，合成器的除 N 部分的輸入 fin 一般是從 VCO 導出而以交流方式耦合到本器件，對于振幅較強的信號（標準 CMOS 邏輯電平），直流耦合也是適用的。為了達到這一目的也可用雙端輸出。進而控制振蕩頻率，并顯示其送出的頻率值。 3． GND：接地。 6． P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 16 出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 22． /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 利用 G /(G2A)和 /(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 （ 2）自動全頻段頻率掃描：本 功能能通過鍵盤上的“掃描”功能鍵在本機所覆蓋的頻段內(nèi)（ 35000～ 39000KHz），以步進頻率自動由當前頻率開始步進，每步進一次延時 2S，等待用戶響應，若無響應則繼續(xù)向前步進，直至用戶選定所需頻率則推出掃描。 如下程序表示： ………… CLEAR: MOV R0, 00H INC R0 DJNZ R4, CLEAR L1: MOV R3, 0F7H 。掃描 L3: RLC A 。掃描下一行（ ） MOV R3, A 。將掃描值輸出至 P1 MOV A, P1 。4 列掃描完畢了？ LCALL DISP 。消除抖動 D2: MOV R6, 248 DJNZ R6, $ DJNZ R7, D2 D3: MOV A, P1 ?，F(xiàn)按鍵值存入（ 37H） XCH A, 36H 。調(diào)用子程序 RET 。同時由于在振蕩器電路中采用ＰＭＯＳ管提供尾電流可大大優(yōu)化壓控振蕩器的相位噪聲。 偉福 WINDOWS 調(diào) 試軟件 提供了 一 個 全 集成環(huán)境 ，統(tǒng) 一的 界 面， 包含 一 個 項目 管 理 器 ， 一 個 功能 強 大 的編輯器 ， 匯編 Make、 Build和調(diào) 試 工 具 并 提供 一 個 與 第三 方 編譯器的 接 口