基于PLL信号发生器的设计毕业论文

2设计要求3方案论证与比较方案1:采用直接式频率合成器技术，将一个或几个晶体振荡器产生的标准频率量的离散频率。其组成框图如3-2所示。直接式频率合成器频率稳定度高，频率转换分频器分频器谐波发生器fout1fout2fout3图3-2直接式频率合成方案2:采用模拟锁相式频率合成器技术，通过环路分频器降频，将VCO的频率定度与参考晶振的频率稳定度相同。缺点是分频率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较复杂2。方案3: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。组成框图如图5-1综上所述，选择方案3即采用大规模PLL芯片BU2614和其他芯片构成数字锁相4系统组成单片机来完成，利用数码管对频率进行显示并对频率值进行存储。系统框图如图4-1频率图4-1系统框图5锁相环介绍5.2锁相环基本框图控振荡器的频率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。相位鉴相器环路滤波器fo制振荡器)利用低通滤波器把误差信号变成直流图5-1PLL的基本结构图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度即由参考晶体振荡器所决定。由频率与相,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：wp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：亦即当两个振荡频率相等时，有相位差，无频率差3。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5-2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。这一PD脉波信号经过回路滤波器的积分，便可PLL锁栓frfr>fo时fr=fo时的输出图5-2相位/频率比较器的动作以得到直流电压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。结果使得fr=fo在f与fo的相位成为一致时，PD端子会成为高阻抗状态，使PLL被锁定(Lock)。5.4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参考频率靠近，靠近到一定程度后，环路即能进入锁定。这一过程叫做捕捉过程。系统能捕捉最大的频率失谐范围称为捕捉带或捕捉范围。当环路已锁定后，如果由于某种原因引起频率变化，这种频率变化反映为相位变化，则通过环路的作用，可使VCO的频率和相位不断跟踪变化。这时环路即处于跟踪状态。环路所能保持跟踪的最大失谐频带称为同步带，又称为同步范围或锁定范围。6单元电路的设计6.1压控振荡器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6-1所示。图上的中心频率w₀是在没有外加控制电压时的固有频率。在一定范围内，wr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6-1压控振荡器的特性曲线MC1648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qQQQmQ3VD503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5。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+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。6.1.3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[6。变容二级管的结电容Cwo和外加反向偏压UR的关系可用下式表示。电容变化系数。(2)电感切换电路为了扩大频率的带宽，通过切换电源来切换电感。图6-4是开关二级管切换频段电路图。当开S连接+5V时，开关二级管Vo2截止，电感L和L₂相加，电感量较大，电感量较小，对应于高频段7。图6-4电感切换电路6.2锁相环式频率合成器的设计6.2.1BU2614的管脚图与内部组成BU2614为16管脚芯片，其管脚图如图6-5所示。管脚Xout与Xin为外接晶振使能信号逻辑关系如图6-6所示。其中T1应大于15μs,T2大于2μs,时钟宽度D15、表示可变分频比的16位二进制数；*表示与控制不相关的位，可为1或0;参表6-1R0、R1、R2与标准频率的关系00001100110111*PLL关闭图6-7锁相环控制电路图标准频率为1KHz,也就是RO、R1、R2为110;当频率在54MHz到110MHz之间选择标图6-8滤波电路图图6-9电源切换电路6.5电源电路设计r图6-10电源电路等工作电压需要5V,所以变压器的输出只需要接地和15V,考虑到高频信号产生电路流信号分别经过两个L7812CV,一路直接接到低通和L7805CV;另一路L7812CV的输出直接接到L7805CV,它的输出单独供给给单片机。在三端稳压管的输入输出端与地之6.6存储电路设计6.6.1AT24C02管脚介绍于10ms)等特点。(4)数据的传送线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结I²C总线的数据传送格式是：在I²C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“1”表示主器件将从从器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。在I²℃总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位(第9位),也叫应答位(ACK)。每次都是先传最总线上的数据字节)可以使时钟SCL线保持低电平，从器件必须使SDA保持高电平，此时主器件产生1个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器这种情况叫做总线竞争。I²C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞裁的可靠性。由于是利用I²C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的6.6.3存储电路的设计存储电路如图6-11所示，由于A0、A1、A2没有被AT24C02使用，所以它们可以不接图6-11存储电路指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，(1)VCC:供电电压(5V)PO口：PO口为一个8位漏级开路双向I/0口。当P1口的管脚第一次写1时，被此时PO外部必须被拉高。 23456789p1.0p1.2p1.4p1.5p1.6p1.7 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)图6-13复位电路PSENRAM地址寄存器与寄存4A端口0驱动器端口2驱动器状态寄存器数据指针DPTRW端口1驱动器端口3驱动器P¹.₀~P17P3.0~89C51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⑥全双工串行口89C51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。⑦中断系统89C51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，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89C51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89C51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-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式。6.8频率测量显示电路显示电路如图6-15所示[15]。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BU2614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,根据可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PPP可可+等言0等言0气前同气前同5噩5图6-15显示电路7软件设计7.1软件分析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1KHz、控制字为FFFFH时，输出频率的最大值只能为65.536MHz,所以为了达到更高的频率，又能分频数乘于1KHz;当控制字为8000H时，分频数乘于25KHz。因为分频数乘于标准频新的数据，以防掉电时重新复位。软件流程图如图7-1、7-2所示。写BU2614调用显示2清屏高频段还是低P2.7清0写BU2614调用显示1否是是3