基于51单片机的LC振荡器设计论文

127频率步长(step)10kHz。32系统组成A/D转换输出图2-1系统框图45方案三：采用数字锁相环式频率合成技术，由晶振、鉴频/鉴相(FD/PD)、环路滤波器(LPF)、可变分频器(÷N)和压控振荡器(VCO)组成。图3-2分立元件构成的RC电路组成，即可完成锁相环路的设计。利用该fout综上所述，选择方案三采用大规模PLL芯片MC14513.3控制模块的设计方案论证与选择方案一：利用FPGA来控制集成芯片MC145163的分频系数A和N,以改变输出频方案二：利用单片机AT89S52控制。内有8K的Flash,可用ISP在线下载，开综上所述，选择方案二，采用AT89S52单片机构成3.4电源方案的选择系统需要多个电源，AT89S52使用5V稳压电源，振荡器的变容二极管需要1-8V6电压，运放，功放等需要8V稳定电源。方案一：采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行方案二：采用三端稳压集成7805与7808分别得到5V与8V的稳定电压。利用该74锁相环锁相环是指使高频振荡器的频率与基准频率的整数倍频率一致时所使用的电路。通常基准振荡器都使用晶体振荡器，所以高频振荡的频率稳定度与晶体振荡器相同。图4-1是锁相环的基本结构图，由VCO、相位比较器、基准频率振荡器、环路滤波器所组成的。在这里用fr表示基准频率振荡器频率，fo则表示VCO的频率。当压控振荡器的频率fo由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生相位的变化。环路相位的变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位fr相比较，使鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压分量vc(t)。vc(t)用来控制压控振荡器中的压控元件参数，一般指的是变容二极管，而这压控元件又是VCO振荡回路的组成部分，结果压控元件电容量的变化将VCO的输出频率fo又拉回稳定值来。这样，VCO的输出频率稳定度即由参考晶体振荡器所决定。由频率与相位的关系可知，瞬时频率与瞬时相位的关系是：由上面讨论可知加到鉴相器的两个振荡信号的频率差为4.3式中w,为参考晶体振荡器的频率，wo压控荡频率。此时的瞬时相位差为8当两个振荡器的频率相等时它们的瞬时相位差是一个常数θo,即：4.3鉴相器的时序图当f与fo的关系为f>fo。也就是VCO振荡频率fo低于f时的状态。此时相位比较器的输出PD,如图4-2所示，产生正脉冲信号，使VCO的振荡频率提高的信号。反之，当f<fo是产生负脉冲。frPLL锁栓图4-2相位/频率比较器的动作这一PD脉波信号经过回路滤波器的积分，便可以得到直流电压VR,可以控制VCO电路。由于控制电压VR的变化，VCO振荡频率会提高相位成为一致时，PD端子会成为高阻抗状态，使PLL被锁定(Lock)。4.4捕捉带与通频带压控振荡器本来处于失锁状态时，由于环路的作用，使压控振荡频率逐渐向标准95单元电路的设计压控振荡就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。压控器件一般是用变容二级管，它的电容量受到输入电压的控制，当输入电压变化，就引起了起振荡频率的变化。因此，压控振荡器事实是一种电压——频率变换器。它的特性可用瞬时振荡频率wr与控制电压vc之间的关系曲线来表示，如图5-1所示。图上的中心频率wo是在没有外加控制电压时的固有频率。在一定范围内，or与vc之间是线性关系。在线性范围内，这一线性可用下列方程来表示。Kr是特性曲线的斜率，称为VCO的增益或灵敏度，量纲为rad/s.V,它表示单位电压所引起的振荡角频率变化的大小。图5-1压控振荡器的特性曲线5.1.1压控振荡器MC1648MC1648是一个8引线双列直插的器件，内部电路图如图6-2所示。压控振荡电路由芯片内部Q8、Q5、Q4、Q1、Q7和Q6,10脚和12脚外接LC谐振回路组成正反馈的正弦振荡电路4,其振荡频率：5.3式中LC分别为电感、电容大小，Co为变容二极管的电容量。5.1.2压控振荡电路设计图5-3为压控振荡电路图。压控振荡器主要由压控振荡芯片MC1648和变容二005DC图5-3压控振荡电路极管MV209以及谐振回路构成。MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路。为达到最佳工作性能，在工作频率要求并联谐振回路的Q≥100。电源采用十5V的电压，振荡器的输出频率随加在变容二极管上的电压大小变化而变化。通过切换电源来切换电感量，从而改变振荡频率。5.1.3变容二级管与开关二级管切换电路(1)变容二极管变容二级管是一种特制的二级管，它的PN结电容变化范围比较大，正常工作时，变容二级管加反相电压，在其PN结上产生电荷存储，于是相当于一个电容，当反向电压改变时，变容二级管的结电容也发生相应的变化。变容二级管的结电容Co和外加反向偏压Ur的关系可用下式表示。5.3式中UR是加在变容二极管的反向电压，Cvoo为Ur=0时的结电容U₀是接触电5.2锁相环式频率合成器的设计5.2.1锁相环控制锁相环控制的基本原理框图如图5-5所示。采用锁相环频率合成，可以得到任意频率步进，同时频率稳定度与参考晶振相当，可以达到10³。锁相环路主要由晶振、参考分频器、压控振荡器(VC0)、鉴频/鉴相器(FD/PD)、低通滤波器(LPF)、可编程分频器组成。它是应用数字逻辑电路将VCO频率一次或多次低至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，通过低通滤波器取出误差信号来控制VCO的频率，使之锁定在参考频率的稳定度上，由于采用了大规模集成电路块MC145163,89248926t269534将图中的晶振、参考分频器、鉴频鉴相器可编程分频器集成在一个芯片中，不需要再单独设计。同时利用AT89S52来控制MC145163,确定分频系数A、N和发射频率的对应关系。5.2.2MC145163的管脚图与内部组列的特性、引脚连接与结构图。此IC集成了产生基准频率的f,所需的晶体振荡电路与分频电路、用以分频VCO信号的N分频电路以及比较f。与f,的相位比较器。在实际电路原理中引脚功能描述如表5-1所示。fn(引脚1)至合成器的可编程(N计数器)的输入，通常fin来自VCO,与AC耦合至引脚1。如果是像标准CMO那样的大振幅信号的场合，那么直接连接也可以电路连接Vbo(引脚3)正电源(+5V)PDout(引脚4)可作VCO的控制信号使用的相位比较器3状态输出频率f>f,或f,进相：负脉冲频率f<f,或f,迟相：正脉冲频率f=f,或同相：高阻抗状态RAo,RA₁(引脚5,引脚6)这些输入，将设定基准分频器(R计数器)的分频比分频，分频比可从512、1024、2048、4096选择(引脚7引脚8)这些相位比较器的输出，通过与低通带滤波器相结合，可成为VCO的控制信号频率f>f,或f,进相的场合：φy,φ除了都有短的L脉冲产生外，其于都为H(引脚9,BCD输入引脚24)置于N计数器。引脚9为10°位数的LSB,引脚24为103位数的MSB。因内含拉降电阻，所以输入开放时呈L电平。再使用BCD指拨开关，可以此随意设定3至9999的分频比REFo(引脚25)内部基准振荡器或外部基准输入信号的缓冲器输出(引脚26,引脚27)OSC与地，以及OSCout与地应接以适当数值的电OSCm也可以作为外部产生基准信号的输入。此信号通常以AC耦合于OSCin,但大振幅信号(CMOS逻辑电平)(引脚28)PLL锁定检测信号，PLL环路锁定时(f,fr,的频率与相位相同时)呈H电平，锁定外时产生L脉冲2对4解码器f,13位元/R计数器比较器Afv4位数BCD/N计数器锁定检测相位相位比较器B4图5-7MC145163的结构图5.3低通滤波器p.01UF5.4电源电路设计学学25.5电子控制单元电路(ECU)(1)VCC:供电电压(5V)GND:接地拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INTO(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4TO(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)99图5-10复位电路/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出89C52内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。⑧时钟电路89C52内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但89C52单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-52系列单片机采用的是哈佛结构的形式。5.8频率测量显示电路显示电路如图5-11所示。由于锁相环产生正弦波的频率较高，无法用单片机直接来测量它的频率，必须先用高速分频器来对它进行分频，使它降低到单片机的测量范围之内。但又考虑到性价比的问题，可直接用频率合成器MC145163P的控制字和分频比来送给单片机显示。当控制字是8600H时，也就是RO、R1、R2为000时，选择步进为1K的标准频率，频率范围从25MHz到54MHz,根据计算出分频比的范围：转化成十六进制的变化范围是从61A8H到D2FOH。当控制字是8000H时，RO、R1、R2为110时，步进为25KHz标准频率，频率从54MHz到110MHz,根据上面的公式可得分频数从0870H到1130H。送显示的时候可把它的分频数乘于所选择的标准频率，然后进行BCD码转换，再送给单片机处理。分频比可通过按键来调整。设置四个按键，分别是加一、加十、减一、减十。当需要选择较大调整时，可选择加十或减十；当需要较小范围调整时，可选择加一或减u七图5-11显示电路6软件设计本设计软件的主要作用是用来控制MC145163、以及频率的时时显示。因为输出正弦波的频带范围较宽，又考虑到精确度的要求，当步进为10KHz、控制字为4500H时，输出频率的最大值只能为45MHz,所以为了达到更高的频率，又能提高精确度，必须选择两种不同的标准频率。因为分频数乘于标准频率化成BCD码以后占用的字节数不同，所以要调用两个不同的显示单元。调整频率时，可通过按键来实现，根据调用不同的子程序可以完成分频比加一、加十、减一、减十，当复位键按下时，显示的频率为30MHz。每次判断有按键按下时重新调用存储，写入新的数据，以防掉电时重新复