【正文】 還有感謝學(xué)院為我們提供的設(shè)施完善的實(shí)驗(yàn)場所，沒有這些設(shè)施和場所，相信我的畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)思路和經(jīng)驗(yàn)，也學(xué)到了一些處理問題的思維方法。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(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。 圖 53 1602 寫操作時(shí)序圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(gè)世紀(jì)二三十年代開始，已經(jīng)發(fā)展了很長的時(shí)間。 它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。 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(gè)獨(dú)立過程，實(shí)際應(yīng)用時(shí)互不干擾。 它的時(shí)序圖主要有三步： 第一步：將要準(zhǔn)備輸入的位數(shù)據(jù)移入 74HC595 數(shù)據(jù)輸入端上。 SCK(11 腳 )：上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。程序詳見附錄 。 A、 N 的值可由前述 公式 計(jì)算得來 ， 但如果在編程的時(shí)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(gè)，而使用到的值更少 。 圖 416 基于 89C52 的控制電路 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 30 第五 章 軟件設(shè)計(jì) MC145152 的控制和顯示部分的程序設(shè)計(jì) 圖 51 為軟件設(shè)計(jì)流程圖 。核心 是 使用單片機(jī) AT89C52，單片機(jī) 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(gè)引腳分別接30pF的負(fù)載電容到地。 圖 414 環(huán)路 濾波電路圖 本次設(shè)計(jì)使用到了多個(gè)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】 。 MC145152中的鑒相器輸出的兩個(gè)誤差信號(hào)分別是一個(gè)與參考頻率同頻的方波信號(hào)和一個(gè)固定電平。環(huán)路濾波器正是解決這一矛盾的關(guān)鍵。環(huán)路濾波器前級的有源網(wǎng)絡(luò)就起到這個(gè)作用。設(shè) θ e 為負(fù)脈沖的寬度， Vm 為脈沖幅度。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 27 圖 413 數(shù)字鑒相器輸入輸出關(guān)系 （ 1） fRfV時(shí)， f 端輸出恒為高電平， g 端輸出負(fù)脈沖。設(shè)兩個(gè)輸入信號(hào)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(gè)信號(hào)相乘得到： ? ?? ? ??)()(s i n)()(2s i n21 2121 tttttUr mUy mUyUr r ????? ?????? 再經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，取出其中的誤差信號(hào) ? ? ? ?)()(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 。如果參考頻率 fr＝ 10kHz，則輸 出頻率 fo＝（ PN＋ A） fr＝（ 64N＋ A） 10kHz。為實(shí)現(xiàn)鎖相，必須有 fo/（ PN+A） = fr。N 計(jì)數(shù)器中還有 N－ A 個(gè)數(shù)，它繼續(xù)計(jì)（ N－ A） P 個(gè)輸入脈沖后，輸出一個(gè)脈南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 26 沖到鑒相器 PD。 A 和247。 A 是可預(yù)置數(shù)的減法計(jì)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。 M 為其控制端（從 MC145152 的 9腳輸出，輸入 MC12022 的 6 腳）。A 減法計(jì)數(shù)器， 247。中間需加一個(gè) 低通濾波器將 相位差南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 25 值中 的高頻分量濾掉。 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。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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。 A 計(jì)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】 。 N 計(jì)數(shù)器、 6 位可編程的 6bit247。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。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(jìn)行比較，通過低通濾波器取出 鑒相器輸出的誤差信號(hào)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(jì)數(shù)器和控制邏輯組成的吞脈沖式計(jì)數(shù)器；三是鑒相器。這兩種芯片均 是 Motorola 公司的產(chǎn)品 。Q3， Q2 和射 極跟隨器 Q1 為輸出緩沖級，有隔離作用，可減小負(fù)載對振蕩器工作狀態(tài)的影響。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(gè)移相 720176。 MC1648 內(nèi)部 電路就 含有放大電路和自動(dòng)增益控制電路， 因此它 可以穩(wěn)定輸出頻率的幅度。對接之后，兩二極管的高頻信號(hào)反相，可抵消部分諧波成分。 由圖 中 可 以發(fā)現(xiàn) ，兩個(gè)變?nèi)荻O管是背靠背連接的， 這樣做的 特點(diǎn)是：對于直流和調(diào)制信號(hào)而言，它們相當(dāng)于并聯(lián)，所處的偏置點(diǎn)和受調(diào)制狀態(tài)一樣；而對于高頻信號(hào)而 言，它們相 當(dāng)于串聯(lián)，使得每個(gè)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。 本設(shè)計(jì)采用 Motorola 公司生產(chǎn)的 MC1648 LC 負(fù)阻型壓控振蕩器 MC164。實(shí)現(xiàn)可控可調(diào)的功能 【 1】 。 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(jì)說明書（論文） 17 級和第七級觸發(fā)器分別實(shí) MC12022 低功耗雙模預(yù)置分頻器。 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。 64/ 65 , 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(diǎn) ,可廣泛用于通訊、儀器儀表、雷達(dá)、導(dǎo)航等領(lǐng)域。為了降低整機(jī)功耗 ,減小體積 ,實(shí)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。當(dāng)環(huán)路失鎖時(shí) ,LD 為低電平。 N 計(jì)數(shù)器下行計(jì)滿編程的剩余值 (N A) 。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 11～ 20 (N9～ N0 ) 為 10bit 247。引腳 21～ 25 (A5～ A0 ) 為 6bit A 計(jì)數(shù)器的分頻端。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(gè)并聯(lián)諧振晶體時(shí) , 便組成一個(gè)參考頻率振蕩器。 A 計(jì)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(jì)說明書（論文） 15 器的總分頻比為 : D =VN + A 。 N 計(jì)數(shù)器、 6 可編程的 6bit 247。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。這個(gè) ALE 使能標(biāo)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。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE脈沖將會(huì)跳過。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 RST: 復(fù)位輸入。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 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。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。但是在下載程序是，其 P1P1 P17 口則是作為程序下載口使用的。 IL 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 本次系統(tǒng)中， 52 單片機(jī)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(hào)并行傳輸給液 晶顯示器。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用了 52 單片機(jī)的各個(gè) I/O口和 2個(gè)定時(shí)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(huì)有更好的運(yùn)用的。同時(shí)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。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 第三章 芯片的介紹 AT89S52 單片機(jī) 本系統(tǒng)選用的核心處理器是 AT89S52 單片機(jī)，它 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8 位單片機(jī)，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(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案 。間接頻率 合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)問取決于鎖相環(huán)路的鎖定時(shí)間。頻率點(diǎn)之間能夠分辨的最小的間隔。 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(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過加、減、乘、除運(yùn)算，產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)頻率具有同一穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的大量離散頻率輸出技術(shù)。如圖 (24)： 圖 24 瞬時(shí)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。由于環(huán)路濾波器是一個(gè)線性電路，所以可用傳遞函數(shù) ()Fs或傳輸算子 ()Fp進(jìn)行分析。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(chǔ)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(hào)。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。 鑒相器的輸出電壓與兩個(gè)輸入信號(hào)的相位誤差有著對應(yīng)關(guān)系，可以說一個(gè)理想的模擬相乘器可以看作是鑒相器，因?yàn)樵谒膬蓚€(gè)輸入 4 分別加上正弦輸入信號(hào) ()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(gè)輸入信號(hào)相位差 ()et? 存在以下關(guān)系： ()dVt= sin ( )Kd e t? 。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(gè)輸入信號(hào)間留有一定的相位差。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(shí)現(xiàn)Vi??? ，這時(shí)環(huán)路再次鎖定，瞬時(shí)相位差 0? 為恒值，鑒相器輸出恒定的誤差電壓 【 7】 。 下面再通過矢量圖進(jìn)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(hào)實(shí)現(xiàn)無頻差的頻率跟蹤目的 (如圖 22所示 )，是一個(gè)實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)鎖定的控制系統(tǒng)。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。若0()e t??? ， 則由公式 （ 1） 得 ： ()( ) 0edtt dt? ?? ? ? 亦即 RV??? （ 24） 由此可知，當(dāng)兩個(gè)振蕩信號(hào)的瞬時(shí)相位差為一個(gè)常數(shù)時(shí)，二者頻率定然相等。這個(gè)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(gè)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(dòng)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。然后介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 首先就設(shè)計(jì)的研究背景意義做出說明。 本段 介紹下 鎖相環(huán)的 優(yōu)點(diǎn)，鎖相環(huán) 可以實(shí)現(xiàn)理想的頻率控制 ， 這是由于環(huán)路鎖定時(shí)，環(huán)路輸出無剩余穩(wěn)態(tài)頻差存在所致。載波跟蹤特性在空間應(yīng)