【正文】 則它們的頻率必然相等。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。這個變化的電壓使 VCO的頻率不斷改變，直到 RV??? 為 止。 下面再通過矢量圖進一步分析鎖相環(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實現(xiàn)無頻差的頻率跟蹤目的 (如圖 22所示 )，是一個實現(xiàn)相位自動鎖定的控制系統(tǒng)。鑒 相器將此恒定相位差變換成對應的直流電壓，去南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 7 控制 VCO的振蕩角頻率 V? ，使其穩(wěn)定地振蕩在與輸入?yún)⒖夹盘栂嗤慕穷l率i? 上。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 實現(xiàn)Vi??? ，這時環(huán)路再次鎖定，瞬時相位差 0? 為恒值，鑒相器輸出恒定的誤差電壓 【 7】 。 dU 中的 噪聲 和 干擾 成分被低通性質(zhì)的環(huán)路濾波器濾除 ，形成壓控振蕩器（ VCO ）的控制電壓 CU 。維持鎖定的直流控制電壓由鑒相器提供，因此鑒相器的兩個輸入信號間留有一定的相位差。一般情況下，輸出電壓 U? 和兩個南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 8 輸入信號相位差的關系為： U? = sin ( )Kd e t? 。 鑒相器的輸出電壓與兩個輸入信號的相位誤差有著對應關系，可以說一個理想的模擬相乘器可以看作是鑒相器，因為在它的兩個輸入 4 分別加上正弦輸入信號 ()iVt與壓控振蕩器的正弦輸出 0()tV ，則它的輸出電壓 ()dVt與它的兩個輸入信號相位差 ()et? 存在以下關系： ()dVt= sin ( )Kd e t? 。 在通信設備中，頻率合成器無論是用作發(fā)射機的激勵信號源，或者接收機的本地振蕩信號源，還是單獨作為無線電測量設備中的標準信號發(fā)生器時，都應保證很低的相位噪聲，否則通信質(zhì)量就無從談起。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。 用環(huán)路濾波器濾除相位比較器輸出誤差電壓中的高頻成分，起濾波平滑作用，并保證環(huán)路穩(wěn)定，改善環(huán)路跟蹤性能和噪聲性能。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)效應而丟失的信號。這樣，鎖相環(huán)才能工作在最佳狀態(tài)。由于環(huán)路濾波器是一個線性電路，所以可用傳遞函數(shù) ()Fs或傳輸算子 ()Fp進行分析。 壓控振蕩器是頻率受控制電壓 ()CVt控制的振蕩器，它是一種電壓 — 頻率變換器。如圖 (24)： 圖 24 瞬時頻率 ()Vt? 與控制電壓 ()CVt之間的關系曲線 由圖可以看出，當不加控制電壓（即 CV =0），振蕩器振蕩在固有頻率 0? 上。在此線性范圍內(nèi)，特性曲線可用下列方程表示： ()Vt? = ()Vt? + 0K ()CVt 其中， 0K 是特性曲線的斜率，它表示在單位控制電壓作用下壓控振蕩器頻率變化的大小。 把輸出相位 2()t? 與控制電壓 ()CVt之間的關系寫成算子形式，即 2()t? = 0K ()CVt/P【 10】 頻率合成技術是一種將高穩(wěn)定度和準確度的標準頻率經(jīng)過加、減、乘、除運算，產(chǎn)生與標準頻率具有同一穩(wěn)定度和準確度的大量離散頻率輸出技術。 它 的主要技術指標 有： 頻率范圍 、 頻率分辨力 、 頻率轉(zhuǎn)換時間 、噪聲等。頻率點之間能夠分辨的最小的間隔。不同用途的頻率合成器對頻率分辨力的要求相差很大，如用在通信機內(nèi)的頻率合成器其頻 率分辨力為 25kHz、 12． 5kHz 等，而用在頻率合成信號源中的頻率合成器其分辨力為 1Hz 或更低 ； 頻率轉(zhuǎn)換時間是指頻率合成器從某一個頻率轉(zhuǎn)換到另外一個頻率并達到穩(wěn)定所需要的時間。間接頻率 合成器的頻率轉(zhuǎn)換時問取決于鎖相環(huán)路的鎖定時間。目前問接頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時間可達到毫秒級或者更快一些。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 11 第三章 芯片的介紹 AT89S52 單片機 本系統(tǒng)選用的核心處理器是 AT89S52 單片機，它 是一個低功耗，高性能CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 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 存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 。 此外， AT89S52 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 32 個雙向 I/O 口 支持 工作電壓 ， 3 個16位可編程定時 /計數(shù)器 可工作在 時鐘頻率 033MH。 本次系統(tǒng)設計，運用了 52 單片機的各個 I/O口和 2個定時器，但是對于其他的一些功能應用，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，以后將會有更好的運用的。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL邏輯電平。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復用。 在 flash 編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。 本次系統(tǒng)中， 52 單片機的 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)字信號并行傳輸給液 晶顯示器。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 IL 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 其中 P1 口還有第二功能，其功能如 表 31 所列。但是在下載程序是，其 P1P1 P17 口則是作為程序下載口使用的。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時， P2 口送出高八位地址。在使用 8 位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 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。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 P3口除了普通 I/O 口功能外，也有其第二功能，其功能如表 32所列。 RST: 復位輸入?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。在 flash 編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。這一位置“ 1”， ALE僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。這個 ALE 使能標志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 當 AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期 被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 V PP 電壓。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。該芯片內(nèi)含參考頻率振蕩器、可供用戶選擇的參考分頻 器 (12 8ROM 參考譯碼器和 12bit 247。 N 計數(shù)器、 6 可編程的 6bit 247。其中 ,10bit 247。 A 計數(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院畢業(yè)設計說明書（論文） 15 器的總分頻比為 : D =VN + A 。通過 12 8ROM 參考譯碼器和 12bit 247。分頻比有 8 種選擇 , 其參考地址碼與分頻比的關系見表 1 所列 引腳 2 27 (OSCIN 、 OSCOU T ) 為參考振蕩端 ,當兩引腳接上一個并聯(lián)諧振晶體時 , 便組成一個參考頻率振蕩器。 OSCIN也可作為外部參考信號的輸入端。引腳 21～ 25 (A5～ A0 ) 為 6bit A 計數(shù)器的分頻端。 V/ (V + 1) 雙模前置分頻器的247。 引腳 11～ 20 (N9～ N0 ) 為 10bit 247。 引腳 8 ( V 、 r ) 為鑒相器雙輸出端 ,用于輸出環(huán)路誤差信號 。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 9 (MC) 為模式控制端 ,輸出的模式控制信號加到雙模分頻器即可實南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 16 現(xiàn)模式變換。 N 計數(shù)器下行計滿編程的剩余值 (N A) 。引腳 28 (LD) 為鎖定檢測端 , 用于鎖定輸出信號。當環(huán)路失鎖時 ,LD 為低電平。近來 ,在移動通信系統(tǒng)中 ,廣泛使用鎖相環(huán)(PLL )和雙模預置分頻器來對調(diào)諧電路的高頻信號進行合成和控制。為了降低整機功耗 ,減小體積 ,實現(xiàn)小型化 , 要求雙模預置分頻器能夠在低功耗下超高速工 作 , 這就導致了近年來人們對低功耗的超高速雙模預置分頻器的研究。 MC12022 電路具有 64/ 6 128/ 129四種分頻功能 ,在 55～ 85 ℃溫度范圍內(nèi) ,最高工作頻率大于 1100MHz , 工作電流小于10mA 。 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 ,可廣泛用于通訊、儀器儀表、雷達、導航等領域。溫度范圍寬 ( 55～ 85 ℃ ) 。 64/ 65 , 247。使用方便 ,應用電路的外圍元件少 。 管腳排列 如圖 33: 圖 33 MC12022引 腳排列圖 MC12022 低功耗雙模預置分頻器電路具有247。 128/ 129 四種分頻功能 ,由八級 ECL D 型主從觸發(fā)器構(gòu)成。 4/ 5 功能 , 第四級和第五級觸發(fā)器、第六南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 17 級和第七級觸發(fā)器分別實 MC12022 低功耗雙模預置分頻器。 圖 34 MC1648管腳圖 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 18 第四 章 系統(tǒng) 電路設計 系統(tǒng)總體設計 本次設計采用變模鎖相頻率合成技術產(chǎn)生所需要的頻率信號，利用單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)輸出頻率的控制，系統(tǒng)框圖如圖 41 所示。實現(xiàn)可控可調(diào)的功能 【 1】 。 圖 42 MC1648 的引腳圖 壓控振蕩器是頻率合成電路的關鍵部分， 能實現(xiàn)壓控振蕩功能的電路有南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 19 很多，常用的有分立器件構(gòu)成的振蕩器和集成壓控振蕩器，如串聯(lián)諧振電容三點式電路、壓控晶體振蕩器、積分 —— 施密特電路、射極耦合多諧振蕩器、變?nèi)荻O管調(diào)諧 LC 振蕩器和數(shù)字門電路等幾種。 本設計采用 Motorola 公司生產(chǎn)的 MC1648 LC 負阻型壓控振蕩器 MC164。 采用雙管背對背連接變?nèi)莨?和電感組成的并聯(lián) LC 諧振槽路，振蕩頻率將受變?nèi)荻O管的偏置電壓控制。 由圖 中 可 以發(fā)現(xiàn) ，兩個變?nèi)荻O管是背靠背連接的， 這樣做的 特點是：對于直流和調(diào)制信號而言，它們相當于并聯(lián)，所處的偏置點和受調(diào)制狀態(tài)一樣；而對于高頻信號而 言，它們相 當于串聯(lián)，使得每個變?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。在單個變?nèi)荻O管電路中， 如果 出現(xiàn)這種現(xiàn)象將導致回路 Q 值大大下降，此外，還會削弱高頻振蕩電壓的諧振成分。對接之后，兩二極管的高頻信號反相，可抵消部分諧波成分。 在變?nèi)荻O管的偏置電壓相同的情況下， MC1648 的輸出頻率可由下式計算： ?? LCf ?2/10 （ 4－ 1） 變?nèi)荻壒懿捎玫氖?Motorola 公司生產(chǎn)的 MV2109，查閱相關資料手冊可以得到它的特性曲線如圖 所示。 MC1648 內(nèi)部 電路就 含有放大電路和自動增益控制電路， 因此它 可以穩(wěn)定輸出頻率的幅度。其內(nèi)部電路如圖 45 所示。諧振槽路從 10 腳和 12 腳接入，與內(nèi)部的 Q7， Q4， Q5， D1， Q8組成一個移相 720176。另外， MC1648 內(nèi)部有放大電路和自動增益控制電路（ D1，Q8， Q6， Q7），可以穩(wěn)定輸出頻率的幅度，輸出信號經(jīng) AGC 電路采樣后從 5腳接入。Q3， Q2 和射 極跟隨器 Q1 為輸出緩沖級，有隔離作用，可減小負載對振蕩器工作狀態(tài)的影響。 由 MC1648 組成的壓控振蕩器如下圖所示 。這兩種芯片均 是 Motorola 公司的產(chǎn)品 。 R計數(shù)器和參考譯碼器組成的產(chǎn)生參考頻率 fr電路；二是由 6bit247。 N 計數(shù)器和控制邏輯組成的吞脈沖式計數(shù)器；三是鑒相器。