鎖相環(huán)設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)

1、鎖相環(huán)基本原理一個典型的鎖相環(huán)（pll）系統(tǒng)，是由鑒相器（pd），壓控蕩器（vco）和低通濾波器（lpf）三個基本電路組成，如圖1， ud = kd (io) uf = ud f（s） i o 圖1 一鑒相器（pd） 構(gòu)成鑒相器的電路形式很多，這里僅介紹實(shí)驗(yàn)中用到的兩種鑒相器。1 異或門鑒相器 異或門的邏輯真值表示于表1，圖2是邏輯符號圖。輸入輸出 a b f000011101110表1 圖2從表1可知，如果輸入端a和b分別送 2入占空比為50%的信號波形，則當(dāng)兩者存在相位差d時，輸出端f的波形的占空比與d有關(guān)，見圖3。將f輸出波形通過積分器平滑，則積分器輸出波形的平均值，它同樣與d有關(guān)，這樣

2、，我們就可以利用異或門來進(jìn)行相位到電壓 d的轉(zhuǎn)換，構(gòu)成相位檢出電路。于是經(jīng)積 圖3分器積分后的平均值（直流分量）為： u u = vdd * d/ p (1) vcc 不同的d，有不同的直流分量vd。d與v的關(guān)系可用圖4來描述。從圖中可知，兩者呈簡單線形關(guān) 1/2vcc系：ud = kd *d (2) 1/2 dkd 為鑒相靈敏度 圖4 2 邊沿觸發(fā)鑒相器 前已述及，異或門相位比較器在使用時要求兩個作比較的信號必須是占空比為50%的波形，這就給應(yīng)用帶來了一些不便。而邊沿觸發(fā)鑒相器是通過比較兩輸入信號的上跳邊沿（或下跳邊沿）來對信號進(jìn)行鑒相，對輸入信號的占空比不作要求。二 壓控振蕩器（vco）壓

3、控振蕩器是振蕩頻率0受控制電壓uf（t）控制的振蕩器，即是一種電壓頻率變換器。vco的特性可以用瞬時頻率0（t）與控制電壓uf（t）之間的關(guān)系曲線來表示。未加控制電壓時（但不能認(rèn)為就是控制直流電壓為0，因控制端電壓應(yīng)是直流電壓和控制電壓的疊加），vco的振蕩頻率，稱為自由振蕩頻率om，或中心頻率，在vco線性控制范圍內(nèi)，其瞬時角頻率可表示為：o（t）= om + k0 uf（t）式中，k0vco控制特性曲線的斜率，常稱為vco的控制靈敏度，或稱壓控靈敏度。三 環(huán)路濾波器這里僅討論無源比例積分濾波器如圖5。其傳遞函數(shù)為：式中：1 = r1 c 2 = r2 c 圖5 四 鎖相環(huán)的相位模型及傳輸函

4、數(shù) 圖6圖6為鎖相環(huán)的相位模型。要注意一點(diǎn)，鎖相環(huán)是一個相位反饋系統(tǒng)，在環(huán)路中流通的是相位，而不是電壓。因此研究鎖相環(huán)的相位模型就可得環(huán)路的完整性能。由圖6可知：（1） 當(dāng)a點(diǎn)斷開環(huán)路時，鎖相環(huán)的開環(huán)相位傳輸函數(shù)為kl(s)= （2） 環(huán)路閉合時的相位傳輸函數(shù)為 h（s）（3） 環(huán)路閉合時的相位誤差傳輸函數(shù)為he（s）=當(dāng)環(huán)路濾波器選用無源比例積分濾波器時，經(jīng)推導(dǎo)可得：h（s）=式中， ，1 = r1 c ,2 = r2 c2xx= , k = kd ko 同樣可得：he(s)=n稱為系統(tǒng)的固有頻率或自然角頻率； x 稱為系統(tǒng)的阻尼系數(shù)。 要注意的是上面討論中的指的是輸入信號相位的變化角頻率，

5、而不是輸入信號本身的角頻率。如輸入信號是調(diào)頻信號，則指的是調(diào)制信號的角頻率而不是載波的角頻率。五 鎖相環(huán)的同步與捕捉 鎖相環(huán)的輸出頻率（或vco的頻率）o能跟蹤輸入頻率i的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)，在同步狀態(tài)下，始終有o = i。在鎖相環(huán)保持同步的條件下，輸入頻率i的最大變化范圍，稱為同步帶寬，用dh 表示。超出此范圍，環(huán)路則失鎖。失鎖時，oi，如果從兩個方向設(shè)法改變i，使i向o靠攏，進(jìn)而使do =（io），當(dāng)do小到某一數(shù)值時，環(huán)路則從失鎖進(jìn)入鎖定狀態(tài)。這個使pll經(jīng)過頻率牽引最終導(dǎo)致入鎖的頻率范圍稱為捕捉帶dp。同步帶dh，捕捉帶dp 和vco 中心頻率o的 關(guān)系如圖7。 圖7 實(shí)驗(yàn)原理及步

6、驟利用cmos固有的低功耗、寬工作電源、集成度高等特點(diǎn)，可以設(shè)計出性能良好、使用方便的鎖相環(huán)單片電路。其中cd4046是一種能工作在1mhz以下的通用pll產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于通信計算機(jī)接口領(lǐng)域。圖8示出cd4046的電路方框功能圖。在這個單片集成電路中，內(nèi)含兩個相位比較器，其中pd1是異或門鑒相器；pd2是邊沿觸發(fā)式鑒相器。另外電路中含有一個vco，一個前置放大器a1，一個低通濾波器輸出緩沖放大器a2和一個內(nèi)部5v基準(zhǔn)穩(wěn)壓管。從圖8可看出，引腳（16）是正電源引入端；（8）腳是負(fù)電源端，在用單電源時接地；（6）腳，（7）腳外接電阻c67；（11）腳外接電阻r11和c67決定了vco的自由振蕩頻

7、率；（12）腳外接電阻r12，它用作確定在控制電壓為零時的最低振蕩頻率fomin ;(5)腳為vco禁止端，當(dāng)（5）腳加上“1”電平 圖8 cd4046原理圖（即vdd）時，vco停止工作，當(dāng)為“0”電平（即vss）時，vco工作；（14）腳是pll參考基準(zhǔn)輸入端；（4）腳是vco輸出；（3）是比較輸入端；（2）和（13）腳分別是pd1和pd2的輸出端；（9）腳是vco的控制端；（10）是緩沖放大器的輸出端；（1）腳和（2）腳配合可做鎖定指示；（15）腳是內(nèi)設(shè)5v基準(zhǔn)電壓輸出端實(shí)驗(yàn)一、pll參數(shù)測試一、壓控靈敏度ko的測量 如圖9，v（9）從09v每隔1伏測一點(diǎn)，作出f-v(9)曲線，從曲線求

8、ko。（ko的單位是rad/s.v）同時測出v（9）= 1/2vdd = 4.5v時vco的頻率fo 、示波器（即中心頻率） 圖9二、鑒相靈敏度kd的測量。測量方框如圖10，其中l(wèi)pf 為附錄3中的（b）。由于取值r2=100k rw和r2=r3，則運(yùn)放的同相增益： 10k 反相增益 ： 圖10 所以運(yùn)放的輸出ua = ka uf + km um = 2uf - uw 信號源為頻率連續(xù)可調(diào)的方波發(fā)生器。實(shí)驗(yàn)步驟1. 用另一塊4046（記為4046b，圖9那塊記為4046a）組裝一信號源，如圖11。2. 按圖10接實(shí)驗(yàn)圖，注意運(yùn)放324和rw的工作電壓為9v和-5v，4046的電壓為9v和ov。

9、由于實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)壓電源只能提供兩路電源，而實(shí)際需要三路，所以應(yīng)將穩(wěn)壓電源輸出分別調(diào)節(jié)到+12v和-5v。9v電壓由+12v 經(jīng)三端穩(wěn)壓器7809降壓后提供。 圖11 3. 斷開信號源和4046a的pd1的連接，調(diào)rw，使4046a 的vco的頻率為中心頻率fo，同時調(diào)信號源的輸出頻率也為4046a的中心頻率fo。4. 連接信號源和4046a的pd1 ，用雙蹤示波器觀察ui、uo，可觀察到兩個鎖定的方波信號，其相差約為 / 2。5. 調(diào)rw，觀察ud波形的變化，用示波器觀察ud 、ui、uo，應(yīng)能觀察到它們符合圖3所示的相位關(guān)系。6. 通過用示波器測ud的占空比測e (參考圖3)用數(shù)字電壓表測uf

10、（即u），e從/6到5/6，每/6測一點(diǎn)，作出uf e曲線 ，并由曲線求出kd（單位為v / rad）。可調(diào)節(jié)示波器x軸掃描速度，讓ud的一個周期在熒屏上顯示整六格，則每格就代表 / 6，這樣可以提高測量速度。三、環(huán)路開環(huán)增益的測量（kh） 圖12 環(huán)路開環(huán)增益測量方塊圖開環(huán)增益即為環(huán)路直流總增益kh = /= kd k0 kf（0），式中kf（0）為頻率為0時，環(huán)路低通濾波器的傳遞函數(shù)，顯然當(dāng)用比例積分濾波器時， kf（0）=1，kh = kd k0。實(shí)驗(yàn)方塊圖如圖12，注意不用運(yùn)放，lpf 為附錄3中的（b）。當(dāng)鑒相器比較兩同相信號時，uf = 0，vc0振蕩于fmin; 當(dāng)鑒相器比較兩反

11、相信號時，uf = vdd，vco振蕩于fmax 。做這實(shí)驗(yàn)時應(yīng)注意是開環(huán)。在理想情況下kh =/ =2f/ = 2 (fmax - fmin)/ =2(fmax - fmin)實(shí)驗(yàn)中信號源即為圖11信號源，其out1和out2為倒相信號。四、 同步帶、捕捉帶測量實(shí)驗(yàn)方塊如圖13（lpf 為附錄3中的（b）。圖13同步帶、捕捉帶測量方塊圖1. 同步帶的測量：調(diào)信號源（圖11）頻率約為的中心頻率。示波器分別測ui和uo，并以ui作為示波器的觸發(fā)同步信號，頻率計測ui，這時示波器可顯示兩個穩(wěn)定的波形，即ui和uo是鎖定的。在一定范圍內(nèi)緩慢改變信號源頻率，可看到兩個波形的頻率同時變化，且都保持穩(wěn)定清

12、晰，這就是跟蹤。但當(dāng)信號源頻率遠(yuǎn)大于（高端）或遠(yuǎn)小于（低端）的中心頻率時，ui波形還保持穩(wěn)定清晰，但uo不能保持穩(wěn)定清晰，這就是失鎖。記下剛出現(xiàn)失鎖時的ui頻率即高端頻率fhh和低端頻率fhl，則同步帶fhfhhfhl。由于我們用的是pd1，是異或門相鑒器，當(dāng)ui和uo為分?jǐn)?shù)倍數(shù)關(guān)系時，也可能出現(xiàn)兩個穩(wěn)定的波形，這種情況應(yīng)認(rèn)為是“失鎖”。只有出現(xiàn)兩個同頻的穩(wěn)定波形時才認(rèn)為是“鎖定。2捕捉帶的測量：環(huán)路失鎖后，緩慢改變信號源頻率， 從高端或低端向的中心頻率靠近，當(dāng)信號源頻率分別為fh和fl時，環(huán)路又鎖定。則環(huán)路捕捉帶fpfphfpl。五、n、的測量實(shí)驗(yàn)如圖 14。我們知道，當(dāng)信號源的頻率突然改變

13、時（即對應(yīng)uj方波的前后沿），uf都產(chǎn)生一次阻尼振蕩。從阻尼振蕩波形可測出a1、a2、t，其物理意義見圖14。并由 a1、a2、t求出pll的n 和：實(shí)驗(yàn)步驟： 斷開4046b（4）與4046a（14）的連線，分別調(diào)w2、w1使4046a與4046b都振蕩在 4046a 的中心頻率上。然后接上連線，這時應(yīng)可觀察到鎖定波形。再加入ui（幾百hz，幾百mvp-p的方波）。示波器測uf和ui，lpf 為附錄3中的（a），記錄uf的a1、a2，t，并計算出和n。要注意的是，uf是疊加有高頻信號的低頻阻尼振蕩信號。a1、a2，t應(yīng)是低頻信號的振幅和周期。 圖14 wn、測試圖 實(shí)驗(yàn)二、pll應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、

14、pll頻率合成器實(shí)驗(yàn) 頻率合成器的基本原理如圖15。 fi從pll原理知，當(dāng)pll處于鎖定狀 fo態(tài)時，pd兩個輸入信號的頻率一定精確相等。所以可得：f0 = n fi 圖15若fi為晶振標(biāo)準(zhǔn)信號，則通過改變分頻比n，便可獲得同樣精度的不同頻率信號輸出。選用不同的分頻電路就可組成各種不同的頻率合成器。一） 1khz標(biāo)準(zhǔn)信號源制作1、 用cmos與非門和4m晶體組成4mhz振蕩器，如圖16。圖中rf 使f1工作于線性放大區(qū)。晶體的等效電感，c1、c2構(gòu)成諧振回路。c1、c2可利用器件的分布電容不另接。f1、f2、f3使用cd4069。2、據(jù)講義后面的cd4518管腳圖，測量并畫出q1，q2、q3

15、、q4及cp之間的相位關(guān)系圖。cd4518 圖16是cmos器件，輸入的cp信號一定要用cmos信號,即低電平為地，高電平接近vdd，（不能用直流電平為0的交流方波信號）其高低電平不能超過器件電源的正負(fù)電平。測量時示波器的一個通道固定測q4，都以q4作示波器的同步觸發(fā)源，且以q4的下降沿作示波器的開始掃描點(diǎn)，另一個通道輪流測其他信號（cp、q1、q2、q3）這樣就能保證相位準(zhǔn)確而且開始掃描點(diǎn)為計數(shù)器的“0”狀態(tài)。同時調(diào)節(jié)cp信號的頻率或示波器的掃描速度讓示波器標(biāo)尺的每大格代表一個cp周期。這樣就可方便測量。cd4518是bcd碼計數(shù)器，其真值表不難自己寫出，然后和測出的波形進(jìn)行對照，理解其工作

16、原理，尤其是q2的波形特別注意。3、根據(jù)上面測出的4518的波形圖，用二片cd4518（共4個計數(shù)器）組成一個4000分頻器，也就是一個四分頻器，三個十分頻器，這樣就可把4mhz的晶振信號變成1khz的標(biāo)準(zhǔn)信號。連線時應(yīng)注意清零端的靈活應(yīng)用二）、用一片cd4017作分頻器組成2-9khz頻率合成器1、根據(jù)附錄2中的4017管腳圖，用示波器測試4017（十進(jìn)制計數(shù)分配器）功能。測量時應(yīng)固定一個通道測“0” ，并以該信號作作示波器的同步觸發(fā)源，且以上升沿作示波器的開始掃描點(diǎn)。測量并畫出4017的“0”，“1”，“2”，“9”輸出端信號相對cp信號的波形。理解4017的工作原理。2、將cp（14）作

17、輸入端，“0”（3）作輸出端，r(15)分別接“2”、“3”，“9”則4017就成為二、三，“九”等分頻器，理解其工作原理。將上述4017組成的分頻器代入圖15中的1/n分頻器，就組成29khz頻率合成器。 如圖17 三）、撥盤開關(guān)式1999khz頻率合成器1、 單片cd4522頻率合成器。cd4522是可預(yù)置數(shù)的二一十進(jìn)制1/n減計數(shù)器。其引腳見附錄。其中d1-d4是預(yù)置端，q1q4是計數(shù)器輸出端，其余控制端的功能如下：pe（3）=“1”時d1d4值置進(jìn)計數(shù)器en（4）=“0”且cp（6）時，計數(shù)器（q1q4）減計數(shù)；cf（13）=“1”且計數(shù)器（q1q4）減到“0”時，qc(12)=“1”

18、 圖17 29khz頻率合成器cr(10) =“1”時，計數(shù)器清零。 （1）單片4522分頻器，如圖18撥盤開關(guān)為bcd碼開關(guān)，如當(dāng)數(shù)據(jù)窗口顯示“3”時則a和“1”“2”相連；當(dāng)顯示“5”時，則a和“1”“4”相連，其余類推。4個100k電阻用來保證當(dāng)撥盤開關(guān)為某腳不和a相連，也就是懸空時，為低電平。工作過程是這樣的：設(shè)撥盤開關(guān)撥到“n”，當(dāng)某時刻pe（3）=“1”， 圖18 單片4522分頻則n置到ic內(nèi)的計數(shù)器中，下一個cp來時，計數(shù)器減計數(shù)變?yōu)閚-1，一直到第n個cp來時，計數(shù)器為0。這時由于cf（13）=“1”，qc（12）=“1”，也即pe（3）=“1”又恢復(fù)到開始狀態(tài)，開始一個新的

19、循環(huán)。很顯然，每來個n個cp，qc（12）就會出現(xiàn)一個高電平，也就是qc（12）應(yīng)是cp的n分頻信號。實(shí)驗(yàn)步驟：如圖18連好，讓撥盤開關(guān)分別為1，2，9，用示波器觀察cp（6）和qc（12）的波形。（2）單片cd4522頻率合成器用圖18電路代替圖17中4017部分，組成19khz頻率合成器2、用三片4522組成1999hhz頻率合成器如圖19，最終應(yīng)做到撥盤開關(guān)的數(shù)值是多少，vco輸出信號的頻率就是多少khz。（注意：該電路后面還要用，該實(shí)驗(yàn)做完后暫時不要拆掉） 圖19四）、健盤置數(shù)式1999khz頻率合成器。就是用數(shù)字健盤以及一些數(shù)字ic替代b實(shí)驗(yàn)中的撥盤開關(guān)組成1999khz頻率合成器。

20、最終應(yīng)做到：當(dāng)順序按鍵盤的任意三個健（如5.9.2）時，則輸出信號的頻率就為592khz。置數(shù)部分的框圖如圖20 圖201、號碼脈沖發(fā)生器號碼脈沖發(fā)生器的核心是電話號碼脈沖發(fā)生器專用ic：hm9102d（圖21），其技術(shù)資料如下：hm9102d可輸出號碼脈沖，也可輸出雙音多頻信號。其引腳功能為：r1、r2、r3、r4、c1、c2、c3、c4與鍵盤的相應(yīng)的引線相連。hks： 啟動腳。 hks = “0”時，啟動（片選）bm：斷續(xù)比選擇。 bm = 5v 時，斷續(xù)比為2 ：1 bm = 0v 時，斷續(xù)比為1.5 ：1mode：模式選擇。mode = 5v 時，脈沖方式mode = 0v 時，雙音多

21、頻方式（dtmf）soc1、soc2：外接3.58mhz晶體vdd = 5vvss = 0vtpm：靜噪輸出，撥號時為“0”。 （使用時懸空）dp： 號碼脈沖輸出（負(fù)脈沖），oc電路。dtmf：雙音多頻（dtmf）信號輸出。 圖21 電話機(jī)用鍵盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22。當(dāng)按某數(shù)字時，實(shí)際上就是讓某根橫線和某根豎線短接。如按一下“5”就是讓col2和row2短接一下。 （灰） 圖22根據(jù)上面資料，請用hm9102d自己設(shè)計一個號碼脈沖發(fā)生器，要求：1) vdd = 5v；2) 斷續(xù)比為1.5 ：13) 號碼脈沖輸出幅度為0到9v（注意：dp輸出端是oc電路，上拉電阻取100k。另外，為安全起見，輸出

22、和負(fù)載之間應(yīng)串一個10k電阻，如圖21）2、開門脈沖和記數(shù)脈沖發(fā)生器為了使后面的控制引導(dǎo)電路能正常工作，還需一種開門脈沖。也就是每按一次鍵，即每輸出一列脈沖（不管這一列含有幾個號碼脈沖）就要產(chǎn)生一個開門脈沖。同時為了使后面的記數(shù)電路能正確記數(shù)，還應(yīng)保證“先開門后送計數(shù)脈沖”。也就是要求開門脈沖要比送到計數(shù)器的號碼脈沖超前一點(diǎn)。所以開門脈沖和號碼脈沖的時間關(guān)系應(yīng)如圖23所示。注意：hm9102d輸出的是負(fù)脈沖。 hm9102d輸出，作單穩(wěn)的cp 單穩(wěn)2輸出，開門脈沖 單穩(wěn)1輸出，號碼脈沖 圖23 圖24我們可用單穩(wěn)電路（cd4098）達(dá)到上述目的，如圖24。其中單穩(wěn)1用后沿（上升沿）觸發(fā)，c,r

23、分別為47nf、470k；單穩(wěn)2用前沿（下降沿）觸發(fā)，c,r分別為0.22、3m3，這樣單穩(wěn)2的暫態(tài)時間t大于觸發(fā)信號周期t，就可連續(xù)觸發(fā)，形成開門脈沖。根據(jù)上述原理以及附錄中4098的管腳功能，自己設(shè)計這部分電路3、控制引導(dǎo)電路及計數(shù)、置數(shù)電路：如圖25。當(dāng)按第一次鍵時，開門脈沖通過4017僅將百位的門（4011）打開，讓緊接著來的號碼脈沖通過，并對百位計數(shù)器（4518）計數(shù)。4518的輸出就替代實(shí)驗(yàn)b中的撥盤開關(guān)作為4522的置數(shù)信號。當(dāng)?shù)诙伟磿r，4017將百位和個位的門關(guān)死，打開十位的門，讓號碼脈沖對十位的計數(shù)器計數(shù)。第三次按時，則僅打開個位的門。在按百位數(shù)之前，應(yīng)對4017和4518

24、進(jìn)行請零。根據(jù)圖25，搭出具體電路，完成1999khz鍵盤置數(shù)式頻率合成器。清零部分先設(shè)計成手動的，即清零通過一導(dǎo)線用手動式碰一下高電平。再設(shè)計成：當(dāng)?shù)谒拇伟存I盤時，自動清零。 百 十 個 圖25二、pll調(diào)頻（fm）解調(diào)如圖26，4046 b組成fm信號形成電路。4046a組成pll式fm解調(diào)電路。只要處于鎖定狀態(tài)，4046a（10）腳就輸出疊加有一定載波成分的調(diào)制信號。經(jīng)有源lpf濾去載波成分就可解出調(diào)制信號。實(shí)驗(yàn)步驟：1 測由運(yùn)放324組成的有源lpf的截止頻率f（輸入信號應(yīng)加在10電容左側(cè)，但又不能加到4046a（10）腳。輸出信號不能限幅）；2 4046a(14)接地，測其中心頻率f

25、o（應(yīng)斷開4046b(4)）3 調(diào)4046b(4)的vco頻率至4046a的fo ;4 4046b(4)接4046a(14)，觀察鎖定波形；加入vi（100hz1khz的正弦波）觀察并畫出vi、4046a(10)及vo的波形。 圖26三、鎖相式雙音多頻信號（dtmf）解碼器1、實(shí)驗(yàn)原理在自動電話交換網(wǎng)中，有兩種呼叫信號：一種是一串串脈沖信號（如前面實(shí)驗(yàn)中用的hm9102d產(chǎn)生的信號）；另一種是雙音多頻信號（dtmf）。一臺按紐電話機(jī)共有12個按紐，分別代表09等10數(shù)字及“*”、“#”兩個符號。每按一個按紐就產(chǎn)生兩種音調(diào)的信號。不同按紐有不同的音調(diào)組合。dtmf信號有兩組音調(diào)，稱高頻群（h）和

26、低頻群（l），每個按紐各由h和l中的一個頻率組成。按紐的頻率組合如表2所示。雙音多頻按紐電話有很多優(yōu)點(diǎn)：選號速度比脈沖選號速度快得多；在通話狀態(tài)時還能發(fā)送其他信號（如計算機(jī)數(shù)據(jù)或遙測遙控信號）；抗干擾性強(qiáng)，傳輸特性好等等。低頻群（hz）高頻群（hz）120913361477697123770456852789941*0# 表2圖27 為了產(chǎn)生dtmf信號，現(xiàn)在有很多專用芯片，5087就是其中之一，5087已廣泛應(yīng)用于按鍵式新型電話機(jī)，程控交換機(jī)等通信設(shè)備和其它電子儀器，是我國優(yōu)選的通信集成電路品種。其引腳如圖27。引出端功能說明col1 col4列輸入端。它們通過內(nèi)部電阻rc保持于vss。當(dāng)與

27、一行輸入相接時，該輸入將呈有效邏輯電平（近似為vdd/2）row1 row4行輸入端。它們通過內(nèi)部電阻rr保持于vdd。當(dāng)與一行輸入相接時，該輸入將呈有效邏輯電平（近似為vdd/2）osc1、osc0振蕩器輸入與輸出端，通常于兩端間外接3.579545mhz晶體，產(chǎn)生電路時鐘信號。mute靜默輸出。當(dāng)無按鍵輸入時，該cmos輸出端為vss電平，當(dāng)有一按鍵輸入時，該端呈現(xiàn)vdd電平。其輸出狀態(tài)與inhst無關(guān)。xmtr發(fā)送轉(zhuǎn)換開關(guān)。它實(shí)際是集電極接于vdd的雙極型晶體管之發(fā)射極輸出，若無按鍵輸入時，該輸出保持在vdd電平；若有一按鍵輸入時，該端呈高阻態(tài)，其狀態(tài)于intst無關(guān)。inhst單音禁止

28、輸入。該端通過內(nèi)部上拉電阻接于vdd。若inhst懸空或接至vdd，電路可產(chǎn)生單音或dtmf信號，若intst輸入vss電平，則電路只會產(chǎn)生dtmf信號，而禁止出現(xiàn)單音。dtm fdtm f信號輸出端。它實(shí)際是集電極接于vdd的npn晶體管之發(fā)射極輸出。行和列單音經(jīng)運(yùn)放相加與穩(wěn)幅后，加到晶體管的基極，經(jīng)驅(qū)動而輸出。5087的應(yīng)用電路如圖28當(dāng)按單鍵時，產(chǎn)生dtmf信號；當(dāng)同時按同一列，或同一行的多個鍵時產(chǎn)生該行或該列所對應(yīng)的單音信號；當(dāng)同時按不同行不同列的兩鍵時，不產(chǎn)生信號。圖28 圖29雙音多頻（dtmf）信號解碼有多種方法，本實(shí)驗(yàn)利用具有很高頻率選擇性的鎖相環(huán)集成電路來完成的。每當(dāng)輸入端收

29、到某一鍵所對應(yīng)的一對頻率時，就輸出一個表示該鍵的脈沖。圖29表示解碼用的lm567鎖相環(huán)集成電路的方框圖。r1c1決定振蕩器的中心頻率；r2c2是環(huán)路濾波器，其中c2可在外部調(diào)整，改變其通頻帶。當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器有一脈沖輸出，經(jīng)放大器放大后由（8）腳輸出低電平。當(dāng)環(huán)路失鎖時，（8）腳輸出高電平。lm567的中心頻率為：f0= 式中：r1c1的單位分別為歐姆和法拉。環(huán)路帶寬bw為：bw=式中，bw是環(huán)路捕捉范圍相對于中心頻率fo的百分率；vin是輸入信號有效值，應(yīng)200 mvrms，單位伏特；c2單位為mf；fo的單位為hz。圖30為用lm567進(jìn)行單一頻率檢測電路。如567的中心頻率為fo

30、, 當(dāng)ui中包含有fo成分時，（8）輸出低電平，否則高電平。dtmf信號解碼通常是由兩個鎖相環(huán)路成對運(yùn)用的，分別調(diào)諧于輸入的兩個頻率，如圖31所示。當(dāng)輸入信號同時包含兩個頻率時，輸出可或邏輯“1”。圖32是一個具有公共輸入信號的按紐音調(diào)解碼器，用以解調(diào)6組dtmf信號。電路中用5個鎖相環(huán)路，分別調(diào)諧于不同頻率。電路的功能是能檢測出輸入信號是由五個頻率中的哪兩個頻率組成，并驅(qū)動6個或非門產(chǎn)生表示6個數(shù)字的輸出信號。（如用7個lm567和12個或非門則可解調(diào)12個dtmf信號。） w 圖30圖312、實(shí)驗(yàn)步驟：1） 567捕捉帶測試：電路如圖30。調(diào)w，讓(5)腳的頻率為1000hz，vin=10

31、0mvrms（用數(shù)字電壓表測），測出捕捉范圍。2） dtmf信號發(fā)生器。電路如圖28，一定要注意ic的電源端不要接錯。用示波器觀察單音信號和雙音信號（按雙鍵和單鍵），并用頻率計測7個單音信號頻率。3） dtmf信號的解碼（pll法），電路如圖32所示，6路輸出對應(yīng)鍵盤的1、2、3、4、5、6鍵。5塊567中2塊調(diào)諧于低頻群，3塊調(diào)諧于高頻群。或非門用cd4001，每個或非門的輸出端接一個如圖33的跟隨器。最終應(yīng)做到按鍵盤中的某個鍵時則對應(yīng)的發(fā)光二極管就亮起來圖32 圖33四、pll 數(shù)字調(diào)諧實(shí)驗(yàn)現(xiàn)代的接收機(jī)（如電視機(jī)、收音機(jī)）大多采用超外差接收方式。如要接收的信號的載波頻率為fc，則接收機(jī)要產(chǎn)

32、生一個本振信號，其頻率fl=fc+fi，其中fi為中頻。在模擬調(diào)諧方式中，本振信號一般是由lc振蕩回路產(chǎn)生的。調(diào)諧（調(diào)臺）時，一般是用改變lc振蕩回路中電容的容量（如改變變?nèi)荻O管的反向偏壓），來改變本振信號的頻率，從而達(dá)到選臺的目的。在數(shù)字調(diào)諧方式中，本振信號則是用鎖相環(huán)的方法來產(chǎn)生。即由晶振電路產(chǎn)生頻率高穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)信號，再用鎖相環(huán)倍頻的方法產(chǎn)生本振信號，通過改變鎖相環(huán)反饋回路分頻比的方法來改變本振信號頻率，就象前面實(shí)驗(yàn)中用一片4046和三片4522以及1khz標(biāo)準(zhǔn)信號就可獲得1999khz信號一樣。要獲得某一準(zhǔn)確的本振頻率，只要在4522的置數(shù)端置入相應(yīng)的數(shù)值（bcd碼）即可。所以數(shù)字調(diào)諧

33、的關(guān)鍵就是解決如何置數(shù)的問題。在這個實(shí)驗(yàn)中我們是用鍵盤通過dtmf編解碼的方法來置數(shù)。最終應(yīng)做到：如要接收某一載波信號（如fc=345khz）,則只要在鍵盤上按該載波的數(shù)值（即3，4，5三個鍵），就可得到fl=fc+fi=345+455=800 khz的本振信號。（這里中頻fi為455 khz）。最后信號發(fā)生器輸出的載波信號和本振信號（4046的4腳輸出的方波）經(jīng)混頻濾波后應(yīng)得到455 khz的中頻信號（用示波器觀察）。實(shí)驗(yàn)的方框圖如圖34。 圖34其中：鍵盤和5087（或hm9102d）組成dtmf編碼電路。mt8870是dtmf解碼電路。當(dāng)輸入某個dtmf編碼信號（即按鍵盤的某個鍵）時，8

34、870的數(shù)據(jù)輸出端d01-d04就輸出相應(yīng)的二進(jìn)碼，同時其15腳（cid）輸出高電平。即每按一次鍵，cid就輸出一個正脈沖可作為百、十、個位選擇電路的cp信號4017為百、十、個位選擇電路，作用是按第一次鍵時，8870的d01-d04輸出的bcd碼應(yīng)鎖存到“百”位的鎖存器，二、三次則分別為“十”、“個”位。三片74ls175（或cd40175）分別為“百”、“十”、“個”位鎖存器。每片74ls175含有4個d觸發(fā)器（d1d4），分別對應(yīng)bcd碼的1，2，4，8位。三片的d1端應(yīng)都接到mt 8870的d01輸出端，d2、d3、d4也類似。4017的“1”、“2”、“3”輸出端（即2、4、7腳）的

35、輸出信號分別作為三片74ls175的cp信號。這樣，當(dāng)清零（對4017）后，8870再順序輸出三個數(shù)字（如：3，4，5），則相應(yīng)的二進(jìn)碼（0011，0100，0101）就鎖存在三片74ls175的輸出端。三片74ls175的輸出信號（如：3，4，5）輸入到加法器（三片4560）a輸入端，和固定中頻數(shù)值455（由b輸入端輸入）相加后的和的數(shù)值（如：8，0，0）就作為4522的置數(shù)信號。即這時鎖相環(huán)輸出的是800khz的方波，作為本振信號。 混頻電路如圖35，輸入信號us的幅度為15mv ,本振信號為ttl電平。根據(jù)上述工作原理、方框圖以及附錄1，自己設(shè)計、搭接具體電路。要求當(dāng)信號發(fā)生器輸出123khz的正弦波（即us）時，如順序按“1”、“2”、“3”三鍵，則用示波器可看到455khz的中頻信號ui，而且要求“上電清零”。 圖35混頻電路（mc1496）調(diào)試步驟