【文章內(nèi)容簡介】 環(huán)提供“ 000、 00 0 01 100、 10 1 111” 8 種不同的地址碼，地址碼循環(huán)驅(qū)動 74LS151 實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)向串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。再觀察 Q1 的輸出不難發(fā)現(xiàn)，其狀態(tài)變化是“ 0、 0、 1”四個不斷循環(huán)變換，正好構(gòu)成了對輸入時鐘的四分頻。 74LS151 是較為常用的數(shù)據(jù)選擇器，可以實現(xiàn) 8選 1的功能，芯片的引腳排列如圖 39所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 32 頁 圖 39 74LS151 引腳排列圖 A~C 是地址端的控制數(shù)據(jù)，作用是從 8個輸入數(shù)據(jù) D0~D7 之中，選擇所需要的數(shù)據(jù)送到輸出端 Y。 為使能端，低電平有效。當使能端 =1 時，沒有輸出信號產(chǎn)生，多路選擇的開關(guān)被禁止，芯片不工作；當使能端 =0時，數(shù)據(jù)選擇器就可以正常工作，根據(jù)地址端的狀態(tài)信息來選擇 8個輸入數(shù)據(jù)通道中某一路信號輸出到 Y端。熟悉了芯片的工作原理之后，接下來就是完成對該部分電路進行仿真，仿真電路圖如圖 39所示，仿真結(jié)果如圖 310所示。 圖 39碼產(chǎn)生仿真電路圖 圖 310 碼產(chǎn)生電路仿真結(jié)果圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 32 頁 另外，碼產(chǎn)生電路還用了 8 個 LED燈，用于顯示輸入的數(shù)據(jù)，用一個撥碼開關(guān)完成數(shù)據(jù)的輸入。實現(xiàn)這部分設(shè)計需求的總體電路圖如圖 311 所示。 圖 311時鐘及碼產(chǎn)生電路 帶通濾波電路 通過上一步的工作，可以得到 2MHZ、 1MHZ、 512KHZ、 256KHZ 這四種頻率不同的方波信號，還有碼速可供選擇的基帶控制信號。 本部分的設(shè)計的內(nèi)容主要有兩個方面，一是完成 帶通濾波器的設(shè)計，二是實現(xiàn)頻移鍵控調(diào)制，即 2FSK 的調(diào)制。 由于系統(tǒng)的載波多為正弦波，所以要將方波信號，轉(zhuǎn)化為頻率不變的正弦信號。帶通濾波器，可以將方波信號中 在通帶頻率外的信號抑制掉，就可以得到正弦信號。濾波器根據(jù)有無有無有源器件的不同而分為無源濾波器、有源濾波器這兩種。其中無源濾波器是采用無源器件，如電阻、電容、電感等等組成的濾波器，原理是無源器件電感、電容這些元器件的電抗性隨著頻率的變化而變化。這一類濾波器的優(yōu)點就是電路非常簡易，不需要提供直流供電，工作系統(tǒng)的可靠性也非常的高。但是它也有著嚴重的缺點，就是在通帶之內(nèi)，其能量的損耗非常大，負載效應(yīng)也特別的明顯，較易引起電磁感應(yīng)。除此之外，當電感的值太大的時候，濾波器系統(tǒng)的體積和重量也會隨之增大，便攜性差，而且由 于在低頻領(lǐng)域無源器件隨頻率變化特性差，所以不適用。有源濾波器，由名字就可以知道，設(shè)計電路中采用了有源器件，比如集成運算放大器等等。 其優(yōu)點就是不僅在通頻帶內(nèi)的信號能量的損耗為零，而且輸出信號比輸入信號放大了不少，接負載的時候影響也沒有那么明顯。在多級級聯(lián)的時候，前后級之間的影響較小，所以高階濾波器就可以直接利用級聯(lián)的方法構(gòu)成。并且，此類濾波器的便攜性好，占空間小，不需要去桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 32 頁 考慮電磁屏蔽。其缺點是在通頻帶的范圍內(nèi)，有源器件的帶寬嚴格限制了整個電路的帶寬，所以多級級聯(lián)的時候，帶寬就會越來越小，而且系統(tǒng)必須要提供直 流供電，可靠性也遠遠不如無源濾波器的好，在一些特殊的場合，如高頻、高壓、大功率的時候不適用。本部分設(shè)計的內(nèi)容是帶通濾波器，要求是允許用戶設(shè)定的頻段內(nèi)的信號通過，抑制掉頻段之外的信號雜波和噪聲，從而保證通信的質(zhì)量，對于帶寬沒有嚴格的要求。綜合考慮，本次設(shè)計決定采用無限增益多路負反饋濾波器。這種濾波器對于需要信號的選擇性特別好，濾波的過渡頻帶也很陡峭，濾波效果比較理想，所以在用戶的設(shè)計中得到非常廣泛的使用。這種濾波器的參數(shù)的設(shè)定和選取，目前已經(jīng)有了非常成熟的思路方案供設(shè)計者參考和選擇，因此設(shè)計起來較容易。但是傳 統(tǒng)的濾波器在設(shè)計的時候，往往不會去考慮電路中元器件的參數(shù)與輸出信噪比兩者之間的關(guān)系，因此會嚴重影響濾波器輸出的效果。 圖 312無限增益多路負反饋帶通濾波器 通過上網(wǎng)查閱資料，找到了無限增益多路負反饋帶通濾波器的基本電路，如圖 312所示。圖示中的 和 兩個無源器件組成了兩個反饋支路，輸入信號的頻率嚴重影響到了反饋的大小。而且電路中包含的集成運算放大器，在理想的情況之下，它的增益為無窮大，所以人們把它叫做無限增益多路負反饋濾波器。在經(jīng)過外部的 RC 環(huán)路之后， 減小濾波器的過渡帶，從而增大輸出信號的衰減斜率。 由以上的式子可以看出，電容 C 的大小和帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù) Q、輸出的增益 H沒有什么直接的聯(lián)系，但是電阻 值得大小變化，對于帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)、輸出增益和濾波器的中心頻率都會有影響， 的并聯(lián)之后的大小則會對濾波器的品質(zhì)因數(shù)和中心頻率產(chǎn)生嚴重的影響， 不會改變通帶的增益。電容 C的大小常常根據(jù)工作頻率的范圍來進行選擇，依靠人們在設(shè)計中積攢的經(jīng)驗來決定，具體如圖 313 所示 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 32 頁 中心 頻率 電容 C 100Hz （ 10~） （ 100~1000） Hz （ ~） （ 1~10） kHz （ ~） （ 10~100） kHz （ 1000~100） 100kHz （ 100~10） 圖 313 中心頻率與電容的取值關(guān)系表 然后結(jié)合上圖，確定好電容 C的值，再直 接帶入下面的這個式子來計算出電阻的換標系數(shù) X 其中 的單位為 Hz，電容 C的單位為 。然后根據(jù)下圖 314，查出 C和 X=1 時的電阻值，最后在將這些電阻值去向一些標稱的實際的電阻的阻值去靠近。 圖 314 二階無限增益多路負反饋帶通濾波器設(shè)計用表 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 32 頁 根據(jù)以上的資料和學(xué)習(xí)，了解了電路的設(shè)計，接下來就借助 Multisium 軟件進行電路的仿真。本次仿真就 2MHz 和 1MHz 的濾波電路進行了仿真，仿真的儀器包括了示波器和頻譜儀，使得仿真的結(jié)果可視化較好。 2MHz 的帶通 濾波器的仿真電路如圖 315 所示，模塊的仿真結(jié)果如圖 316所示； 1MHz 帶通濾波器的仿真電路圖設(shè)計如圖 317所示，模塊的仿真的結(jié)果如圖 318所示。 圖 315 2MHz 無限增益多路負反饋帶通濾波器仿真電路圖 圖 316 2MHz 無限增益多路負反饋帶通濾波器仿真結(jié)果圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 32 頁 圖 317 1MHz 無限增益多路負反饋帶通濾波器仿真電路圖 圖 318 1MHz 無限增益多路負反饋帶通濾波器仿真結(jié)果圖 2FSK 調(diào)制電路 在通信過程中，基帶信號的調(diào)制，有兩種方法，分別是直接調(diào)制和間接調(diào)制 ，間接調(diào)制則采用頻移鍵控方法，信號控制開關(guān)選擇載波，直接調(diào)頻則采用壓控振蕩法，信號桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 32 頁 的電壓大小控制載波的頻率。 壓控振蕩器，顧名思義，用電壓控制輸出信號的頻率。這種器件往往需要輸出的頻率與輸入的電壓有著一一對應(yīng)的關(guān)系，這種振蕩器的頻率是輸入信號電壓的函數(shù)，也可以說是振蕩回路的元器件的某些參數(shù)受到輸入的基帶信號電壓大小的控制，符合這種特性的回路都可以稱得上是壓控振蕩器。振蕩器的輸出特性可以通過角速度 與輸入控制的電壓 之間的變化表示，它們的關(guān)系如 圖 319 所示。 圖 319 壓控振蕩器特性圖 從上圖中可以看到，壓控振蕩器的自由振蕩角頻率就是當 為零的時候其角頻率的大小值；而振蕩器的控制靈敏度就是上圖所示曲線 在為零的地方的斜率 。在系統(tǒng)傳輸中，輸入的基帶信號就是想要傳輸或者傳送的信息，也就是調(diào)制信號。壓控振蕩器往往充當自動頻率控制環(huán)路當中的一個受控器件，控制它的就是誤差信號的電壓值，也就是鎖相環(huán)路和自動頻率控制環(huán)路的輸入電壓。在射頻的電路當中，調(diào)制與解調(diào)電路是必不可少 的，因此有個穩(wěn)定的本振也顯得尤為重要，所以振蕩器是射頻電路中很重要的部分，應(yīng)用十分廣泛。在通信過程當中，一些特殊的場合或者苛刻的要求是，復(fù)用、跳頻等等這些新技術(shù)往往會被用到。振蕩回路諧振頻率可以很容易的改變，只要通過電壓控制振蕩回路中電容的電容量就可以實現(xiàn)，這就為實現(xiàn)這些新技術(shù)提供了手段。RC 壓控振蕩器、 LC 壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器是電路設(shè)計當中最常用的壓控振蕩器。這種壓控振蕩器的優(yōu)點是輸出頻率的穩(wěn)定性非常好、控制的靈敏度特別高、調(diào)頻范圍十分寬、頻偏與控制電壓之間線性關(guān)系好、很容易集成等等。 RC壓控振蕩器 的頻率穩(wěn)定性不是很好，但是也有優(yōu)點，調(diào)頻范圍寬；晶體壓控振蕩器的致命缺點是調(diào)頻的范圍窄，不過它的頻率穩(wěn)定性特別好； LC 壓控振蕩器的調(diào)頻范圍和調(diào)頻的穩(wěn)定性既不是很好，也不是很差。本次設(shè)計采用的 CD4046 芯片，這款鎖相環(huán)芯片在設(shè)計中經(jīng)常被設(shè)計者用到，它內(nèi)部的兩個壓控振蕩器都十分的穩(wěn)定。在設(shè)計當中，有時常常要實現(xiàn)兩個不同電信號的相位同步的自動控制，就可以采用鎖相環(huán)來實現(xiàn)，這種電路就是為了實現(xiàn)相位同步的自己控制。因為這種需求在很多領(lǐng)域都需要，所以得到了較為廣泛的應(yīng)用，比如 廣播通桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 32 頁 信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等 等。常見 鎖相 的構(gòu)成 環(huán) 都一樣，主要有 低通濾波器 （ LF） 、壓控振蕩器（ VCO） 、 相位 自動 比較器（ PC） 這 三 大塊 ， 具體 如 圖 320所示。 圖 320 鎖相環(huán)組成圖 查閱相關(guān)資料，感覺 CD4046 這款芯片適合本設(shè)計的要求，它的外圍電路很簡單，輸出穩(wěn)定，所以選擇了這款芯片。該芯片有著較為寬的 電源電壓 輸入范圍 ， 芯片的 輸入阻抗 非常 高， 而且 動態(tài)功耗 又很 小 ， 屬 于 微功耗器件。 圖 321 CD4046 內(nèi)部電原理框圖 圖 321 是 這款芯片的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 原理框圖。輸人端信號 、 通過一個 異或門的 比較器 Ⅰ連接 ， 它們 的電平狀態(tài) 不同的時候 ，輸出端信號 就會表現(xiàn) 為高電平；反之，狀態(tài) 一樣的時候 ， 就會 輸?shù)碗娖?。輸出端信號的脈沖寬度 ， 即 的 占空比 ，會桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 32 頁 隨之輸入的兩個信號的相位差的變化而發(fā)生改變 。比較器 Ⅰ 的 輸出信號的頻率是輸入信號的兩倍 ， 相位與 輸入信號 的 中心頻率 有這 90176。 相移 ，而且它的波形也不一定對稱 。 如果 相位比較器 Ⅰ 的占空比 均與 ，這樣 相位 鎖定 的 范圍 才會是 最大。相位比較 器Ⅱ的作用相當于 數(shù)字存儲網(wǎng)絡(luò) ，它的輸出在輸入 信號的上升沿 到來時發(fā)生改變 。相位比較器 Ⅱ 對輸入信號占空比的 沒有要求 ， 無論波形對稱還是不對稱，都沒有關(guān)系。 相位比較器 Ⅱ 的捕捉頻率范圍 特別 寬， 輸出不會受到 輸入信號 中 的諧波 分量的影響，因為諧波分量沒有被鎖定 。相位比較器 Ⅰ有 數(shù)字誤差信號輸出和鎖定信號輸出 可供選擇 ，當 到達鎖定 的標準 時， 它的 輸人信號之間相移 就會僅為 0176。 。相位比較器 Ⅱ的輸出取決于 14管 腳 和 3管 腳的輸入信號 的情況，當它們的頻率 比 芯片內(nèi)部的 比較信號頻率低時，輸出低電平信號，否則輸出為高電平信號 。如果 相位比較器的輸入 信號 的頻率相同而相位不同 時 ， 當 比較信號的相位 超前于 輸人信號 的相位 時，輸出的 高電平 ， 否則為低電平信號 。無論超前還是滯后 ， 1管 腳 都會產(chǎn)生一個低電平，和以上所說的 正 電平 、負 電平 寬度相同。較器 Ⅱ 輸出脈沖的寬度 和 兩個輸入 信號的 上升沿之間的相位差 一樣大小 。 有一種情況下， 1 管腳輸出高電平，那就是輸入的信號頻率和相位都一樣，這個時候相位比較器Ⅱ就會呈現(xiàn)出高阻態(tài) 。上述波形如圖 5所示。 輸入信號的狀況完全