【正文】 最后再次感謝所有在整個(gè)畢設(shè)期間對我提供過幫助和鼓勵的老師 ，同學(xué)們。同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)合作使我的畢設(shè) 更加順利和良好的完成。我相信這對我今后的工作學(xué)習(xí)和生活都是有巨大幫助的。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 34 致謝 首先要感謝我的導(dǎo)師周正的悉心指導(dǎo)，在他的指導(dǎo)下我才能如期和順利的完成我大學(xué)里最重要的課題設(shè)計(jì)。而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，也都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，為了使通信的質(zhì)量更好?；阪i相環(huán)的頻率合成的應(yīng)用也越來越多，而伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，在頻率合成領(lǐng)域產(chǎn)生了一種革命性的技術(shù)，這就是直接頻率合成技術(shù)，這標(biāo)志這第三代頻率合成技術(shù)的開始，這種技術(shù)因?yàn)榫哂械母呓葑兯?、高分辨率以及連續(xù)的相位等優(yōu)良性能，使得它得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它的時(shí)序圖如下圖所示，控制 程序詳見附錄。每位之 間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用。 液晶顯示驅(qū)動的程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用 1602 液晶 顯示， 1602 液晶 也叫 1602 字符型液晶 ， 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊 。即可輸出數(shù)據(jù)的同時(shí)移入數(shù)據(jù)。即數(shù)據(jù)并出。 第二步：將位數(shù)據(jù)逐位移入 74HC595，即數(shù)據(jù)串入。 /G(13 腳 ): 高電平時(shí)禁止輸出（高阻態(tài)）。 QAQBQC...QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。通常將它接 Vcc。 (a)參數(shù)計(jì)算流程圖 (b)軟件設(shè)計(jì)流程圖 圖 51 設(shè)計(jì)流程圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 31 74LS595 的控制程序設(shè)計(jì) 74LS595 是移位寄存器，本設(shè)計(jì)中使用它來實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換功能， 其引腳如下圖所示。這樣節(jié)省了系統(tǒng)資源，可根據(jù)設(shè)定頻率確定 A、 N 值并送到 MC145152 中。 由于 A 值的范圍是 0～ 63，而且必須滿足 NA 的條件，所以當(dāng) A 值大于 63 時(shí)， A 值變?yōu)?A－ 64。通過改變 R 的計(jì)數(shù)值， ，可以使調(diào)頻步進(jìn) 處于不同的檔位，如當(dāng) R 取 1024 時(shí)，步進(jìn)值為 。 選用晶振頻率為 12MHz，首先確定其頻率間隔 ，即為步進(jìn)頻率 ，對其 進(jìn)行247。 控制電路如圖 416 所示 。 外加復(fù)位電路。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 29 圖 415 頻率合成控制電路 控制電路的作用是有：響應(yīng)按鍵 的 輸入 并 控制液晶 的 顯示，計(jì)算并向MC145152 輸出控制信號。 控制電路 設(shè)計(jì)和頻率計(jì)算 頻率合成器的控制 通過 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)， 由于電路中 MC145152 接口較多，因此使用了串并轉(zhuǎn)換芯片 74LS595,如圖 415 所示 。輸入信號 ui 來自MC145152 芯片的 8 腳，輸出信號 uo連至壓控振蕩器，控制其變?nèi)荻O管兩端電壓變化。為取出其直流成分，可以先用一級有源積分網(wǎng)絡(luò)將方波信號轉(zhuǎn)化為直流，此直流中含有較多交流成分， 再 用 一級無源低通網(wǎng)絡(luò)濾除， 然后 加到壓控振 蕩器 上。 根據(jù) 前面的公式 可計(jì)算出低通濾波器的截止頻率 f0，一般情況下該截止頻率值小于 10Hz。 由于 振蕩器中心頻率不穩(wěn)主要由溫度、濕度、直流電源等外界因素引起，其變化 是 緩慢的；而音頻調(diào)制信號 幅度的變化 相對來說是一種快變化。因此， 鎖相和調(diào)頻是相互矛盾的：鎖相的目的是使輸出頻率穩(wěn)定，而調(diào)頻則要求輸出頻率隨著調(diào)制信號的變化而變化。 環(huán)路濾波器 環(huán)路濾波器的作用是取出鑒相器輸出的誤差信號中的直流成分，以用于調(diào)節(jié) 壓控振 蕩器的輸出頻率 。 根據(jù)數(shù)字鑒相器的這種特性，在其后加一級差分放大器，取出 f 和 g 電壓的差信號 Vg－ Vf，再通過積分取出其中的有效電壓，此電壓就反映了 fR和 fV之間的關(guān)系。 （ 4） fR＝ fV， R 的相位滯后 V 時(shí)， f 端輸出恒為高電平， g 端輸出負(fù)脈沖。 （ 3） fR＝ fV， R 的相位超前 V 時(shí)， f 端輸出負(fù)脈沖， g 端輸出恒為高電平。 （ 2） fRfV時(shí)， f 端輸出負(fù)脈沖， g 端輸出恒為高電平。根據(jù) R 和 V 的不同可以分四種情況，如圖 413 所示。 本設(shè)計(jì) 采用的鑒相器集成在 MC145152 中，它是一種新型數(shù)字式鑒頻 /鑒相集成電路，具有鑒頻和鑒相功能，不需要輔助捕捉電路就能實(shí)現(xiàn)寬帶捕捉和保持。 模擬鑒相器對輸入其中的兩個(gè)信號進(jìn) 行相位比較，一個(gè)是由穩(wěn)定度很高的標(biāo)準(zhǔn)晶振經(jīng)過分頻得到的，另一個(gè)是由壓控振輸出頻率經(jīng)分頻反饋回來的，這兩個(gè)信號通過鑒相器，也就是經(jīng)過一個(gè)模擬乘法器后得到一個(gè)相位誤差信號。 例如，要使發(fā)射頻率為 78MHz： 先令 A＝ 0， 則 N＝ (fo/ frA） /P=（ 78 106/10 103） /64=， 取 N ＝ 121＝ 1111001B， 進(jìn)而 A＝ (fo/ fr)PN=（ 78 106/10 103）－ 64 121＝ 56＝ 111000B。 A 計(jì)數(shù)器為 8 位，因此 A 值最大為 63， MC12022 的 P 值為 64。反過來，由于 fo＝ fr（ PN+A），改變 N 和 A 的值，也能改變 fo，這就是輸出頻率數(shù)字化控制的原理 【 8】 ?？梢姡捎猛萄拭}沖計(jì)數(shù)方式，只要適當(dāng)選取 N 值與 A 值，就能得到任意的分頻比。此時(shí)一個(gè)工作周期結(jié)束， Ａ和 N值被重新寫入兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器， M 又變?yōu)?1，接著重復(fù)以上過程。 A計(jì)數(shù)器被控制信號關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)；而247。 N 兩個(gè)計(jì)數(shù)器被置入預(yù)置數(shù)并同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到 A（ P+1）個(gè)輸入脈沖（ fo）時(shí)，247。 (a)MC12022 管腳分配 (b)MC12022 分頻功能 圖 412 MC12022 管腳分配及分頻功能 吞咽脈沖計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)時(shí)， M 的初值為 0，247。 PD 為數(shù)字鑒相器。 N 和247。M 為高電平時(shí)， MC12022 以 P＝ 64 為分頻系數(shù)， M為低電平時(shí)則以 P＝ 65 為分頻系數(shù)。但為了運(yùn)算簡潔我們只取64/65分頻 。N 減法計(jì)數(shù)器構(gòu)成。 它由 ECL（非飽和型邏輯電路）的高速分頻器 MC12022 及 MC145152 內(nèi)部的 247。 由于發(fā)射機(jī)的頻率高達(dá) 幾十 MHz 以上， 而 MC145152 工作頻率只有十幾MHz,因此直接用 MC145152 無法對其 分頻 ，必須 先用高速分頻器 對這么高的頻率 進(jìn)行預(yù)分頻， 把頻率降低，然后由 MC145152 繼續(xù)分頻，得到一個(gè)參考頻率相等的頻率，并進(jìn)行 鑒相。鑒相器將參考分頻器出來的很穩(wěn)定的步長信號和壓控振蕩器產(chǎn)生的頻率經(jīng)可編程分頻之后得到的不穩(wěn)定的頻率信號進(jìn) 行比較，輸出為兩者之間的相 位差，這個(gè)差值就可以作為壓控振蕩器的控制電壓。例如，當(dāng) RA0RA1RA2＝ 101 時(shí)， R＝ 1024，即對晶振 產(chǎn)生的 頻率進(jìn)行 1024 分頻。 R，然后送入 FD/PD中。頻率合成器的輸出頻譜是不連續(xù)的，兩個(gè)相鄰頻率之間的最小間隔就是頻率間隔。由此可以計(jì)算出頻率和 A、 N 值的對應(yīng)關(guān)系，利用單片機(jī)控制器改變其值，便可達(dá)到改變輸出頻率的目的。整個(gè)過程中輸入的脈沖數(shù)共有 Q＝ A（ P＋ 1） +(NA)P=PN+A，即吞脈沖程序分頻器的總分頻比為： D=PN+A。 N 計(jì)數(shù)器、 6bit247。 A計(jì)數(shù)器和鎖定檢測等部分。 R 計(jì)數(shù)器 )、雙端輸出的鑒相器、控制邏輯、 10位可編程的 10bit247。圖 49為其內(nèi)部組成框圖。 圖 48 鎖相環(huán) 系統(tǒng) 框圖 鎖相環(huán)頻率合成器是以大規(guī)模集成 PLL 芯片 MC145152 為 核心設(shè)計(jì)的。由于在電路中 采用了大規(guī)模集成電路 芯片 MC145152， 因此框圖中 的晶振、參考分頻器、鑒頻鑒相器、可編程分頻器都集成在一個(gè)芯片中，不需要再單獨(dú)設(shè)計(jì) ，這可以減少外圍的電路器件 。鎖相環(huán)路主要由晶振、南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 23 參考分頻器、壓控振蕩器 、鑒頻 /鑒相器、低通濾波器 、可編程分頻器組成。由 MC14515 MC12022 組成的頻率合成系統(tǒng)如下圖所示 。A 計(jì)數(shù)器、 10bit247。 MC145152 內(nèi)部由三部分組成：一是有放大器、 12bit247。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 22 圖 46 壓控振蕩器電路圖 頻率合成器的設(shè)計(jì) 頻率合成器的設(shè)計(jì)采用 MC145152 和 MC12022 預(yù)置雙模分頻器集成芯片。 由 變?nèi)荻O管的特性 曲線可以 知道，其 電 容量是其偏壓的函數(shù)，并且在一定范圍內(nèi)近似線性，因此該槽路還可作調(diào)頻調(diào)制用，即將調(diào)制信號疊加到變?nèi)荻O管的偏置端上，調(diào)制信號的變化必然引起變?nèi)荻O管容量的變化，從而必將引起振蕩頻率的變化，即 其也可以實(shí)現(xiàn) 調(diào)頻。當(dāng)振蕩幅度增大時(shí)， Q8 的基極電壓增大，集電極電流增大， Q7 的Ube 減小從而放大倍數(shù)減小，輸出幅度將減??；反之，如果振蕩幅度減小，則恒流源 Q8的電流減小， Q Q7的放大倍數(shù)將增大，輸出幅度也因此增大。的正反饋正弦振蕩電路， Q6 的基極連接 Q7 的集電極，也形成正反饋。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 21 圖 45 MC1648 內(nèi)部電路圖 MC1648 的第 10 腳輸出一個(gè)約 的穩(wěn)定電壓，可作為變?nèi)荻O管的一 個(gè)偏壓。 使用 該電路 可以使用比較少的外圍器件，并且調(diào)試也很方便 。 圖 44 變?nèi)荻O管特性曲線 【 5】 由上圖中的 MV2109 的電 壓電容曲線，可根據(jù)式（ 4－ 1）算出電路元件的參數(shù)值，如下所示： C max＝ 38pF， f o＝ 68MHz，得 L= H C max＝ 29pF， f o＝ 88MHz，得 L= H 因而理論上取 L= H 即可滿足要求。 集成壓控振蕩器芯片 MC1648，其工 作電壓 5V，工作頻率 ~150MHz，南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 20 其槽路由變?nèi)荻O管和電感并聯(lián)組成，通過改變變?nèi)荻O管的反偏電壓來改變振蕩頻率。 由于 變?nèi)荻O管是非線性器件，高頻信號的輸入必然 會 產(chǎn)生諧波分量， 這 可能 會產(chǎn)生 交叉調(diào)制干擾。 變?nèi)荻O管是同極性端對接的，這 中連接可以 使得它們對于高頻電壓的相位剛好相反，防止高頻電壓幅度過大時(shí)，變?nèi)荻O管導(dǎo)通對諧振回路的影響。 圖 43 壓控振 蕩器 圖 43 為壓控振蕩器的圖。 MC1648 的工作電源為 5V，輸出頻率最高可達(dá) 225MHz，輸出頻譜純度高。從電路結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、頻率上限、調(diào)試難易程度、構(gòu)建系統(tǒng)的費(fèi) 用等方面比較， LC 負(fù)阻型壓控振蕩器有明顯優(yōu)勢。 圖 41 高頻信號源系統(tǒng)框圖 單元電路設(shè)計(jì) 壓控振蕩電路設(shè)計(jì) 圖 42 為 MC1648 引腳圖。由 MC14515MC164 MC12022 系列集成電路芯片組成數(shù)字鎖相頻率合成器，通過 LM358來構(gòu)成 PLL 電路中的環(huán)路濾波器，通過單片機(jī) AT89S52 控制分頻數(shù)，同時(shí)通過液晶顯示器 向用戶反饋信息。 MC1648 芯片管腳圖如 34,主要功能詳見第四章的 節(jié)。前三級觸發(fā)器為同步時(shí)鐘輸入控制 , 在模數(shù)控制端 MC 的控制下實(shí)現(xiàn)247。 64/ 6247。工作頻率高 (典型值 1600MHz )。 128/ 129 ) 。分頻功能多 (247。 MC12022 的特點(diǎn) 是 功耗低 (工作電流 的典型值為 715mA ) 。電路在 5. 0V 電源電壓下工作 ,輸出為 ECL 電平。本文介紹了 Motorola 公司研制的 MC12022 低功耗雙模預(yù)置分頻器。在鎖相環(huán)中 , 通常采用吞除脈沖的 PLL 技術(shù) , 其中 , 雙模預(yù)置分頻器是吞除脈沖PLL 的關(guān)鍵組成部分。 MC12022： 隨著通信事業(yè)的發(fā)展 , 有線通信和無線移動通信在社會各界得到了廣泛應(yīng)用 , 特別是移動通訊 ,由于不受地域環(huán)境條件的限制 ,隨時(shí)隨地均可自由通訊 , 因而得以迅速發(fā)展。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí) (即 v 與 r 同頻同相 ) ,該信號為高電平 。 N 計(jì)數(shù)器計(jì)滿量后 ,“ MC”復(fù)位為低 ,兩個(gè)計(jì)數(shù)器重新預(yù)置到各自的編程值上 ,再重復(fù)述過程。在一個(gè)計(jì)數(shù)周期開始時(shí) ,“ MC”處于低電平 ,一直到 A 下行計(jì)滿它的編程值為止 , 然后 ,“ MC”跳為高電平 , 并一直維持到247。如果 f v = f r 并 f v 與 f r 同相 ,則 v 和 r 保持高電平 ,僅在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)二者同時(shí)為低電平。 如果 f v f r 或 f v 的相位超前 f r ,則 v 變?yōu)榈碗娖蕉?r 仍為高 。 N 計(jì)數(shù)器的分頻端。 V/ (V + 1) 的次數(shù)。其預(yù)置數(shù)決定了247。 引腳 1 (VCO) 為輸入信號端 ,將輸入信號交流耦合到本引腳 ,其輸入信號頻率應(yīng)小于 30MHz 。 但在 OSCIN 到地和 OSCOU T 到地之間一般應(yīng)接上頻率置定電容 (一般為15p F 左右 ) 。 R 計(jì)數(shù)器進(jìn)行編程。 管腳排列及功能 如下圖 32 圖 32 MC145152 的管