基于cd4046鎖相環(huán)的頻率合成器設(shè)計(jì)與制作-資料下載頁(yè)
2024-11-07 22:08本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】導(dǎo)出多個(gè)或大量的輸出頻率，這些輸出的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度與參考頻率是一致的。測(cè)控、儀器表等電子系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。頻率合成器有直接式頻率合成器、直接數(shù)字式頻率合成器及鎖相頻率合成器三種基本模式，種閉環(huán)系統(tǒng)，其頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間和分辨率均不如前兩種好，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。率的準(zhǔn)確度不遜色與前兩種，因此采用鎖相頻率合成。鎖相式頻率合成器是利用鎖相環(huán)。窄帶跟蹤特性來(lái)得到不同的頻率。度和準(zhǔn)確度的多個(gè)所需頻率的技術(shù)稱為頻率合成技術(shù)。頻率合成器是現(xiàn)代通信設(shè)。四則運(yùn)算，產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的任意頻率。要求設(shè)計(jì)出數(shù)字鎖相式頻率合成器的電路。數(shù)字鎖相式頻率合成器的各部分參數(shù)計(jì)算和器件選擇。自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。成器和吞脈沖式頻率合成器。典型的直接式頻率合成器組成框圖如圖1-1所示。其中，PD和LF構(gòu)成反饋控制器，而VCO就是它的控制對(duì)象。
【正文】 ）。即 U1 與 Rf 、晶體、 C C2 構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路，產(chǎn)生一個(gè)近似正弦波的波形。 U2是整形緩沖用反相器，經(jīng) U2整形后，輸出變?yōu)榫匦尾?，同時(shí) U2 可以隔離負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響。 CD4510 是初始值可預(yù)置 BCD 碼加減法計(jì)數(shù)器，要實(shí)現(xiàn) f 從 199KHz，分頻比 N為 199，采用預(yù)置端和清零端來(lái)做 N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。預(yù)置數(shù)就采用分頻比控制計(jì)數(shù)器個(gè)位和十位輸出的數(shù)據(jù)。 如果采用加法，如預(yù)置數(shù)為 60~99 復(fù)位置數(shù)，這時(shí) N=9960+1=40 進(jìn)制，不符合設(shè)計(jì)要求，顯示頻率就與鎖相環(huán)路實(shí)際輸出的信號(hào)頻率不同。 由于初始值輸入端數(shù)據(jù)同時(shí) 也作為 VCO 輸出結(jié)果譯碼顯示的輸入數(shù)據(jù)，考慮到二者的一致性，計(jì)數(shù)器應(yīng)選減法計(jì)數(shù)器。這樣數(shù)碼管顯示的值就是輸出信號(hào)的頻率。 分頻比控制計(jì)數(shù)器及消抖動(dòng)電路 分頻比控制計(jì)數(shù)器是用來(lái)產(chǎn)生可變分頻器所需要的分頻比 N。選用 1 片74L390（含兩級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）構(gòu)成頻率調(diào)節(jié)電路，另用一開(kāi)關(guān)電路來(lái)控制計(jì)數(shù)脈沖的通斷。 另外，通常使用的開(kāi)關(guān)是由機(jī)械觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)，由于機(jī)械觸點(diǎn)存在彈性，閉合后會(huì)產(chǎn)生反彈，為了得到穩(wěn)定的信號(hào)，增加消抖動(dòng)電路。消抖動(dòng)電路可以用 RS觸發(fā)器或者門電路（如 74LS00）構(gòu)成。 顯示譯碼器和數(shù)碼顯示器 顯示電路用來(lái)顯示輸出頻率數(shù)值，由于 fi=1KHz， N 分頻后 fo=Nfi=N（ KHz），因此分頻比 N 即為此數(shù)值（單位： kHz），故可將可變分頻器初始值數(shù)據(jù)作為譯碼器輸入數(shù)據(jù)。分頻比控制計(jì)數(shù)器個(gè)位和十位輸出的數(shù)據(jù)同時(shí)也是譯碼器的輸入數(shù)據(jù)。 14 顯示器件可以選用 LED 共陰極數(shù)碼管，顯示譯碼器選用 CD4511 與之配合。 4 電路的調(diào)試與數(shù)據(jù)分析 4． 1 調(diào)試儀器 三路直流穩(wěn)壓電源 (SG1732SC2A)、多功能計(jì)數(shù)器（ NFC1000C1）、數(shù)字示波器、萬(wàn)用表。 晶體振蕩器輸出頻率的測(cè)量：將晶體振蕩器輸出的信號(hào)接入多功能計(jì)數(shù)器接頭上，測(cè)量晶體產(chǎn)生的頻率。 1/M 分頻器輸出頻率的測(cè)量： 測(cè)量 74ls390(11)腳輸出頻率。 鎖相環(huán)的撲捉帶和同步帶測(cè)試方法：鎖相環(huán)的 CD4046(14)腳接頻率為1KHz 的方波，同時(shí) U10_3 腳也接該示波器調(diào)整使其兩個(gè)波形頻率相等，即達(dá)到鎖定狀態(tài)。 首先在測(cè)量中，我們會(huì)遇到測(cè)量誤差，這種誤差我們是可以計(jì)量間小甚至消除的。除了在測(cè)量中遵守操作規(guī)程、合理使用儀器設(shè)備、小心謹(jǐn)慎外，我們也可以 通過(guò)多次測(cè)量求平均值的方法來(lái)消除儀器誤差和視覺(jué)誤差。 消除了測(cè)量誤差，我們就可以來(lái)分析實(shí)際系統(tǒng)與理論的偏差了，一般這種偏差有兩種表示形式： ： || 0yy??? ，式中 y 為測(cè)量值， 0y 為理論值； ：|| || 0 0y yy???； 一般來(lái)說(shuō)，我們更關(guān)注相對(duì)誤差，因?yàn)樗歉暮玫姆从澄覀儗?shí)際系統(tǒng)與理論間的差距的參數(shù)。一般情況下，我們要求相對(duì)誤差小于 5%，滿足 這一條件，我們即可認(rèn)為系統(tǒng)已滿足設(shè)計(jì)要求。 測(cè)試數(shù)據(jù)如下表（ 31） 15 數(shù)碼管顯示頻率 理論值 測(cè)量值 絕對(duì)誤差 相對(duì)誤差 1 % 2 % 10 % 11 % 22 % 23 % 51 % 52 % 76 % 77 % 98 % 99 % 結(jié)論 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，使自己對(duì)鎖相環(huán)的工作原理及其應(yīng)用有了較深的理解， 鎖相環(huán)應(yīng)用愈廣， 鎖 相環(huán)是在無(wú)線電發(fā)射中使頻率較為穩(wěn)定的一種方法。 很重要的一點(diǎn)是，通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤并分析及排除這些故障，結(jié)合自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中碰到的問(wèn)題，我覺(jué)得在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)該注意： 調(diào)試時(shí)應(yīng)該分模塊進(jìn)行調(diào)試，每個(gè)模塊都測(cè)試成功之后再測(cè)試整體，這樣可以更好的檢查出問(wèn)題所在。就比如這次實(shí)驗(yàn)，剛開(kāi)始時(shí)，晶振不起振，這時(shí)我就用函發(fā) 直接輸入一個(gè) 4MHz 的頻率作為頻率源，檢測(cè) M分頻的輸出是否正常， 在檢測(cè) M分頻過(guò)程中，發(fā)現(xiàn) CD4046(14)腳輸入為 1KHz。但是在檢測(cè)鎖相環(huán)（ PLL）CD4046(4)腳時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出頻率不正常，發(fā)現(xiàn)鎖相環(huán)處于失鎖 ，拆開(kāi)鎖相環(huán)外圍電路，進(jìn)行分部檢測(cè)調(diào)試最終輸出結(jié)果測(cè)量。 通過(guò)對(duì)輸出數(shù)據(jù)的測(cè)量，驗(yàn)證系統(tǒng)已滿足設(shè)計(jì)要求，并且也實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)和電路功能。 16 參考文獻(xiàn) 1 華永平，張智偉，徐瑞亞，王海榮 .模擬電子技術(shù)與應(yīng)用 .北京 :電子教育出版社， 2020 2 賈立新，王涌，等 .電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 .第 2版 .北京 :清華大學(xué)出版社 ,2020 3 李玲 .數(shù)字邏輯電路測(cè)試與設(shè)計(jì) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 17 附錄 A 數(shù)字頻率合成器實(shí)物圖 18 附錄 B 數(shù)字頻率合成器整體電路連線圖 19 附錄 C 數(shù)字頻率合成器元器件清單 序號(hào) 元器件名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 1 集成電路 74LS390 3 2 74HC00 1 3 CD4011 1 4 CD4510 2 5 CD4511 2 6 74LS00 1 7 CD4046 1 8 顯示數(shù)碼管 共陰雙 8字 1 9 集成電路插座 14pins 3 10 16pins 8 11 24pins 1 12 晶振 1 13 開(kāi)關(guān) 輕觸式，不帶鎖 2 14 電阻 22M 2 15 51K 2 16 10K 4 17 1 18 1K 1 19 100 1 20 電容 1 21 24pF 2 22 100pF 1
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