鎖相環(huán)PLL原理與應(yīng)用[稻谷書屋]

1、鎖相環(huán)鎖相環(huán)PLL原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用 第一部分：鎖相環(huán)基本原理第一部分：鎖相環(huán)基本原理 一、鎖相環(huán)基本組成一、鎖相環(huán)基本組成 二、鑒相器（二、鑒相器（PD） 三、壓控振蕩器（三、壓控振蕩器（VCO） 四、環(huán)路濾波器（四、環(huán)路濾波器（LPF） 五、固有頻率五、固有頻率n和阻尼系數(shù)和阻尼系數(shù) 的物的物 理意義理意義 六、同步帶和捕捉帶六、同步帶和捕捉帶 1知識(shí)材料 第二部分：鎖相環(huán)實(shí)驗(yàn)第二部分：鎖相環(huán)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)一、PLL參數(shù)測(cè)試參數(shù)測(cè)試 一、壓控靈敏度一、壓控靈敏度KO的測(cè)量的測(cè)量 二、鑒相靈敏度二、鑒相靈敏度Kd的測(cè)量的測(cè)量 三、環(huán)路開環(huán)增益（三、環(huán)路開環(huán)增益（KH）的測(cè)量）的測(cè)量 四

2、、同步帶和捕捉帶的測(cè)量四、同步帶和捕捉帶的測(cè)量 五、五、 n、的測(cè)量的測(cè)量 2知識(shí)材料 實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)二、PLL應(yīng)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 一、PLL頻率合成器實(shí)驗(yàn)頻率合成器實(shí)驗(yàn) 二、二、PLL調(diào)頻（調(diào)頻（FM）解調(diào)）解調(diào) 三、鎖相式雙音多頻信號(hào)三、鎖相式雙音多頻信號(hào) （DTMF）解碼器）解碼器 四、四、 PLL 數(shù)字調(diào)諧實(shí)驗(yàn)數(shù)字調(diào)諧實(shí)驗(yàn) 五、設(shè)計(jì)五、設(shè)計(jì)5 / 6分頻器分頻器 3知識(shí)材料 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?通過上述實(shí)驗(yàn)，使大家對(duì)由通過上述實(shí)驗(yàn)，使大家對(duì)由 模擬電路、數(shù)字電路組成的模擬電路、數(shù)字電路組成的 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電路的搭硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電路的搭 接、故障的分析判斷、故障接、故障的分析判斷、故障

3、的排除得到一次鍛煉。的排除得到一次鍛煉。 4知識(shí)材料 第一部分：鎖相環(huán)基本原理（第一部分：鎖相環(huán)基本原理（P1） 一、鎖相環(huán)基本組成一、鎖相環(huán)基本組成 一個(gè)典型的鎖相環(huán)（一個(gè)典型的鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)，是由鑒）系統(tǒng)，是由鑒 相器（相器（PD），壓控蕩器（），壓控蕩器（VCO）和低通濾）和低通濾 波器（波器（LPF）三個(gè)基本電路組成）三個(gè)基本電路組成 VV V V V V V PDLPFVCO Ui Uo Ud = Kd (io) UF = Ud F（s） FO o UK dt d 5知識(shí)材料 二鑒相器（二鑒相器（PD） Ud = Kd * Kd 為鑒相靈敏度為鑒相靈敏度 三壓控振蕩器（三壓控振

4、蕩器（VCO） （P2） o（t）= om + K0 UF（t） K0VCO控制特性曲線的斜率，?？刂铺匦郧€的斜率，常 稱為稱為VCO的控制靈敏度，或稱壓控靈的控制靈敏度，或稱壓控靈 敏度。敏度。 6知識(shí)材料 四、環(huán)路濾波器，這里僅討論四、環(huán)路濾波器，這里僅討論 無源比例積分濾波器無源比例積分濾波器 其傳遞函數(shù)為：其傳遞函數(shù)為： 式中：1 = R1 C 2 = R2 C 1)( 1 )( )( )( 21 2 s s sU sU sK i O F R1 R2 C Ui Uo 7知識(shí)材料 當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鑒相器鑒相器 （PD）的兩輸入端一定是兩個(gè)頻率）的兩輸入端

5、一定是兩個(gè)頻率 完全一樣但有一定相位差的信號(hào)完全一樣但有一定相位差的信號(hào)。 如果它們的頻率不同，則在壓控振如果它們的頻率不同，則在壓控振 蕩器（蕩器（VCO）的輸入端一定會(huì)產(chǎn)生）的輸入端一定會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)控制信號(hào)使壓控振蕩器的振蕩一個(gè)控制信號(hào)使壓控振蕩器的振蕩 頻率發(fā)生變化，最終使鑒相器（頻率發(fā)生變化，最終使鑒相器（PD） 的兩輸入信號(hào)（一個(gè)是鎖相環(huán)的輸?shù)膬奢斎胄盘?hào)（一個(gè)是鎖相環(huán)的輸 入信號(hào)入信號(hào)Vi, 一個(gè)是壓控振蕩器的輸出一個(gè)是壓控振蕩器的輸出 信號(hào)信號(hào)Vo）的頻率完全一樣，則環(huán)路）的頻率完全一樣，則環(huán)路 系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。 8知識(shí)材料 五、系統(tǒng)的固有頻率五、系統(tǒng)的固有頻率

6、n和阻尼系數(shù)和阻尼系數(shù) 的物理意義的物理意義 （P3） 一個(gè)串聯(lián)電路，當(dāng)輸入端加一一個(gè)串聯(lián)電路，當(dāng)輸入端加一 個(gè)階躍電壓時(shí)，輸出端電壓變化有三個(gè)階躍電壓時(shí)，輸出端電壓變化有三 種可能種可能 R C L Vi Vo 欠阻尼 過阻尼 臨界阻尼 t Vo 9知識(shí)材料 當(dāng)鎖相環(huán)的輸入信號(hào)的相位有一個(gè)當(dāng)鎖相環(huán)的輸入信號(hào)的相位有一個(gè) 階躍跳變時(shí)，輸出信號(hào)相位的變化階躍跳變時(shí)，輸出信號(hào)相位的變化 也有三種情況也有三種情況 欠 阻 尼 過 阻 尼 臨 界 阻 尼 t Qo Vi Vo 10知識(shí)材料 n、就是指欠阻尼振蕩時(shí)的就是指欠阻尼振蕩時(shí)的 振蕩頻率和和阻尼系數(shù)振蕩頻率和和阻尼系數(shù) 11知識(shí)材料 六、鎖相環(huán)

7、的同步和捕捉六、鎖相環(huán)的同步和捕捉 同步狀態(tài)：鎖相環(huán)的輸出頻率（或同步狀態(tài)：鎖相環(huán)的輸出頻率（或 VCO的頻率）的頻率）o能跟蹤輸入頻率能跟蹤輸入頻率 i的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)（或的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)（或 鎖定狀態(tài)），在同步狀態(tài)下，始終鎖定狀態(tài)），在同步狀態(tài)下，始終 有有o = i。這時(shí)如果用示波器觀。這時(shí)如果用示波器觀 察察Vi與與Vo,即使單路觸發(fā)，兩個(gè)波即使單路觸發(fā)，兩個(gè)波 形都是清晰穩(wěn)定的。形都是清晰穩(wěn)定的。 12知識(shí)材料 同步帶同步帶：在鎖相環(huán)保持同步的：在鎖相環(huán)保持同步的 條件下，輸入頻率條件下，輸入頻率i的最大變的最大變 化范圍，稱為同步帶寬，用化范圍，稱為同步帶寬，用 H

8、 表示。超出此范圍，環(huán)路表示。超出此范圍，環(huán)路 則失鎖。則失鎖。 Vi Vo 13知識(shí)材料 捕捉帶捕捉帶 失鎖時(shí)，失鎖時(shí)，o i，如果從兩個(gè)方向，如果從兩個(gè)方向 設(shè)法改變?cè)O(shè)法改變i，使，使i向向o靠攏，進(jìn)靠攏，進(jìn) 而使而使 o =（io） ，當(dāng)，當(dāng) o 小到某一數(shù)值時(shí)，環(huán)路則從失鎖進(jìn)小到某一數(shù)值時(shí)，環(huán)路則從失鎖進(jìn) 入鎖定狀態(tài)。這個(gè)使入鎖定狀態(tài)。這個(gè)使PLL經(jīng)過頻率經(jīng)過頻率 牽引最終導(dǎo)致入鎖的頻率范圍稱為牽引最終導(dǎo)致入鎖的頻率范圍稱為 捕捉帶捕捉帶 p。 14知識(shí)材料 同步帶同步帶 H，捕捉帶，捕捉帶 p 和和VCO 中中 心頻率心頻率o的的 關(guān)系關(guān)系 0604060406560656V V V

9、 V 0656 P H - o 15知識(shí)材料 實(shí)驗(yàn)原理及步驟實(shí)驗(yàn)原理及步驟 P（4） CD4046原理圖原理圖 A1 PD1 PD2 VCO A2 + - 14 3 4 6 7 11 12 5 8 16 2 13 9 10 15 1 Ui VCC 4046 16知識(shí)材料 實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)一、PLL參數(shù)測(cè)試（參數(shù)測(cè)試（P5） 一、壓控靈敏度一、壓控靈敏度KO的測(cè)量的測(cè)量 12345678 9 10 11 12 13 14 15 16 9V 9V 10K1M 1n 1K 10K 4046 數(shù) 字 電 壓 表 頻 率 計(jì) 17知識(shí)材料 二、鑒相靈敏度二、鑒相靈敏度Kd的測(cè)量。的測(cè)量。 V V V V P

10、D1LPF 324 VCO +12V -5V 100K100K 100K +12V -5V R1 R2R3 Ui Uo Rw 4046A4046B 信號(hào)源 18知識(shí)材料 三、環(huán)路開環(huán)增益（三、環(huán)路開環(huán)增益（KH）的測(cè)量）的測(cè)量 當(dāng)鑒相器比較兩同相信號(hào)時(shí)，當(dāng)鑒相器比較兩同相信號(hào)時(shí)，UF = 0，VC0 振蕩于振蕩于fmin; 當(dāng)鑒相器比較兩反相信號(hào)時(shí)，當(dāng)鑒相器比較兩反相信號(hào)時(shí)， UF = VDD，VCO振蕩于振蕩于fmax 在理想情況下在理想情況下 KH = 2(fmax - fmin) V V V PD1LPFVCO Ui1 Ui2 Uo 19知識(shí)材料 同步帶的測(cè)量同步帶的測(cè)量 調(diào)信號(hào)源（圖調(diào)

11、信號(hào)源（圖11）頻率約為）頻率約為 的中心頻率。示波器分別測(cè)的中心頻率。示波器分別測(cè)Ui和和Uo， 并以并以Ui作為示波器的觸發(fā)同步信號(hào)，作為示波器的觸發(fā)同步信號(hào)， 頻率計(jì)測(cè)頻率計(jì)測(cè)Ui，這時(shí)示波器可顯示兩個(gè)，這時(shí)示波器可顯示兩個(gè) 穩(wěn)定的波形，即穩(wěn)定的波形，即Ui和和Uo是鎖定的。在是鎖定的。在 一定范圍內(nèi)緩慢改變信號(hào)源頻率，可一定范圍內(nèi)緩慢改變信號(hào)源頻率，可 看到兩個(gè)波形的頻率同時(shí)變化，且都看到兩個(gè)波形的頻率同時(shí)變化，且都 保持穩(wěn)定清晰，這就是跟蹤。保持穩(wěn)定清晰，這就是跟蹤。 20知識(shí)材料 但當(dāng)信號(hào)源頻率遠(yuǎn)大于（高端）或遠(yuǎn)小于但當(dāng)信號(hào)源頻率遠(yuǎn)大于（高端）或遠(yuǎn)小于 （低端）的中心頻率時(shí)，（低端

12、）的中心頻率時(shí)，Ui波波 形還保持穩(wěn)定清晰，但形還保持穩(wěn)定清晰，但Uo不能保持穩(wěn)定清不能保持穩(wěn)定清 晰，這就是失鎖。記下剛出現(xiàn)失鎖時(shí)的晰，這就是失鎖。記下剛出現(xiàn)失鎖時(shí)的Ui 頻率即高端頻率頻率即高端頻率fHH和低端頻率和低端頻率fHL，則同步，則同步 帶帶fHfHHfHL。由于我們用的是。由于我們用的是 PD1，是異或門相鑒器，當(dāng)，是異或門相鑒器，當(dāng)Ui和和Uo為分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù) 倍數(shù)關(guān)系時(shí)，也可能出現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定的波形，倍數(shù)關(guān)系時(shí)，也可能出現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定的波形， 這種情況應(yīng)認(rèn)為是這種情況應(yīng)認(rèn)為是“失鎖失鎖”。只有出現(xiàn)兩。只有出現(xiàn)兩 個(gè)同頻的穩(wěn)定波形時(shí)才認(rèn)為是個(gè)同頻的穩(wěn)定波形時(shí)才認(rèn)為是“鎖定鎖定 21知識(shí)材

13、料 捕捉帶的測(cè)量捕捉帶的測(cè)量 環(huán)路失鎖后，緩慢改變信號(hào)源頻率，環(huán)路失鎖后，緩慢改變信號(hào)源頻率， 從高端或低端向的中心從高端或低端向的中心 頻率靠近，當(dāng)信號(hào)源頻率分別為頻率靠近，當(dāng)信號(hào)源頻率分別為f H和 和f L時(shí)，環(huán)路又鎖定。則環(huán)路捕 時(shí)，環(huán)路又鎖定。則環(huán)路捕 捉帶捉帶fPfPHfPL。 ffPHfHH fPL fHLfo 22知識(shí)材料 n、的測(cè)量的測(cè)量 P（8） 9V 9V 9V 9V Ui 100u 10K 10K1M 100K 100K 510 4n7 Uf 100K 100K 10K 1n 1n 4046B 4046A 12345678 910111213141516 1615141

14、31211109 87654321 9V W 1 10K W 2 10K A1 A2 T Ui UF 當(dāng)信號(hào)源的頻率突然改變當(dāng)信號(hào)源的頻率突然改變 時(shí)（即對(duì)應(yīng)時(shí)（即對(duì)應(yīng)Uj方波的前后方波的前后 沿），沿），UF都產(chǎn)生一次阻尼都產(chǎn)生一次阻尼 振蕩。從阻尼振蕩波形可振蕩。從阻尼振蕩波形可 測(cè)出測(cè)出A1、A2、T，并由，并由 A1、A2、T求出求出PLL的的n 和和 23知識(shí)材料 n、的實(shí)際測(cè)量波形的實(shí)際測(cè)量波形 A1 A2 基線 T )ln( )ln( 2 12 2 1 A A A A 22 121 11 n T 24知識(shí)材料 實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)二、PLL應(yīng)用實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)P（9） V V V V V V

15、 PDLPFVCO 1/N Ui Uo 當(dāng)當(dāng)PLL處于鎖定狀處于鎖定狀 態(tài)時(shí)，態(tài)時(shí)，PD兩個(gè)輸入兩個(gè)輸入 信號(hào)的頻率一定精信號(hào)的頻率一定精 確相等確相等, 所以可得：所以可得： f0 = N *fi fi為晶振標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為晶振標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 通過改變分頻比通過改變分頻比N， 便可獲得同樣精度便可獲得同樣精度 的不同頻率信號(hào)輸?shù)牟煌l率信號(hào)輸 出出 一、PLL頻率合成器實(shí)驗(yàn)頻率合成器實(shí)驗(yàn) 25知識(shí)材料 1）1KHZ標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源 用用CMOS與非門和與非門和4M 晶體組成晶體組成 4MHz振振 蕩器。圖中蕩器。圖中Rf 使使 F1工作于線性放大工作于線性放大 區(qū)。晶體的等效電區(qū)。晶體的等效電 感，

16、感，C1、C2構(gòu)成構(gòu)成 諧振回路。諧振回路。C1 、 C2可利用器件的可利用器件的 分布電容不另接。分布電容不另接。 F1、F2、F3使用使用 CD4069。 V 4MHZ F3F2F1 1M Rf 4M C1C2 26知識(shí)材料 測(cè)量測(cè)量 CD4518時(shí)序圖時(shí)序圖 根據(jù)講義后面的根據(jù)講義后面的CD4518管腳圖管腳圖 ,測(cè)量并畫測(cè)量并畫 出出Q1，Q2、Q3、Q4及及 CP之間的相位關(guān)之間的相位關(guān) 系圖系圖 (時(shí)序圖時(shí)序圖)(BCD碼計(jì)數(shù)器碼計(jì)數(shù)器) 123456789100 Q1 Q2 Q3 Q4 CP 27知識(shí)材料 4000分頻器制作分頻器制作 根據(jù)上面測(cè)出的根據(jù)上面測(cè)出的4518的波形圖

17、，的波形圖， 用二片用二片CD4518（共（共4個(gè)計(jì)數(shù)器）個(gè)計(jì)數(shù)器） 組成一個(gè)組成一個(gè)4000分頻器，也就是一分頻器，也就是一 個(gè)四分頻器，三個(gè)十分頻器個(gè)四分頻器，三個(gè)十分頻器 。 28知識(shí)材料 2）用一片）用一片CD4017作分頻器組成作分頻器組成2- 9KHZ頻率合成器頻率合成器 （P10） 4017（十進(jìn)制計(jì)數(shù)分配器）功能測(cè)試（十進(jìn)制計(jì)數(shù)分配器）功能測(cè)試 123456789100 CP 0 1 2 29知識(shí)材料 29KHZ頻率合成器頻率合成器 V V V V V X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 247 105169 11 15 RESET 14 8 13 14 3

18、11 6758 4 16139 316 1KHz 4046 4017 9V 9V Uo 100K10K47n 1n 100K 晶振 30知識(shí)材料 3）撥盤開關(guān)式）撥盤開關(guān)式1999KHZ 頻率合成器頻率合成器 （P10） 單片單片4522分頻器分頻器 12345678 9 10 11 12 13 14 15 16 9V9V CP 4 2 1 8 A 9V 4522 100K 100K 100K 100K 撥盤開關(guān) 31知識(shí)材料 用三片用三片4522組成組成1999HHZ頻率頻率 合成器合成器 （P11） VV V V 13 12 10 2 14 115 6 4 3 1 168 1248 A 百

19、位 4522 VDD VDDVDD VDD 4522 十位 A 8421 8161 3 4 6 511142 10 12 13 VDD VDD 4522 個(gè)位 A 8421 8161 3 4 6 511142 10 12 13 4X100K4X100K4X100K 1KHz PD2 VCO 14 3 13 9 4 6 71158 16 4046 100K10K47n OUT VDD 10K51P 晶振 32知識(shí)材料 4）健盤置數(shù)式）健盤置數(shù)式1999KHZ頻率合頻率合 成器成器 （P12） 就是用數(shù)字健盤以及一些數(shù)字就是用數(shù)字健盤以及一些數(shù)字IC替代撥盤替代撥盤 開關(guān)組成開關(guān)組成1999KHZ

20、頻率合成器。最終頻率合成器。最終 應(yīng)做到：當(dāng)順序按鍵盤的任意三個(gè)?。ㄈ鐟?yīng)做到：當(dāng)順序按鍵盤的任意三個(gè)健（如 5.9.2）時(shí)，則輸出信號(hào)的頻率就為）時(shí)，則輸出信號(hào)的頻率就為592KHz。 置數(shù)部分的框圖如圖置數(shù)部分的框圖如圖 V V V 去4522 置數(shù)端 號(hào)碼脈沖及 開門脈沖 形成電路 控制、引導(dǎo) 電路 計(jì)數(shù)、置 數(shù)電路 33知識(shí)材料 號(hào)碼脈沖發(fā)生器號(hào)碼脈沖發(fā)生器 根據(jù)根據(jù)HM9102D資料，請(qǐng)用資料，請(qǐng)用HM9102D自己自己 設(shè)計(jì)一個(gè)號(hào)碼脈沖發(fā)生器，要求：設(shè)計(jì)一個(gè)號(hào)碼脈沖發(fā)生器，要求： 1) VDD = 5V； 2) 斷續(xù)比為斷續(xù)比為1.5 ：1 3) 號(hào)碼脈沖輸出幅度為號(hào)碼脈沖輸出幅度為

21、0到到9V（注意：（注意：DP 輸出端是輸出端是OC電路，上拉電阻取電路，上拉電阻取100K。另。另 外，為安全起見，輸出和負(fù)載之間應(yīng)串一外，為安全起見，輸出和負(fù)載之間應(yīng)串一 個(gè)個(gè)10K電阻電阻 ) 34知識(shí)材料 開門脈沖和記數(shù)脈沖發(fā)生器開門脈沖和記數(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，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，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(gè)即每輸出一列脈沖（不管這一列含有幾個(gè) 號(hào)碼脈沖）就要產(chǎn)生一個(gè)開門脈沖。同時(shí)號(hào)碼脈沖）就要產(chǎn)生一個(gè)開門脈沖。同時(shí) 為了使后面的記數(shù)電路能正確記數(shù)，還應(yīng)為了

22、使后面的記數(shù)電路能正確記數(shù)，還應(yīng) 保證保證“先開門后送計(jì)數(shù)脈沖先開門后送計(jì)數(shù)脈沖”。也就是要。也就是要 求開門脈沖要比送到計(jì)數(shù)器的號(hào)碼脈沖超求開門脈沖要比送到計(jì)數(shù)器的號(hào)碼脈沖超 前一點(diǎn)。所以開門脈沖和號(hào)碼脈沖的時(shí)間前一點(diǎn)。所以開門脈沖和號(hào)碼脈沖的時(shí)間 關(guān)系應(yīng)如圖關(guān)系應(yīng)如圖 35知識(shí)材料 開門脈沖和號(hào)碼脈沖開門脈沖和號(hào)碼脈沖 V V VV T T 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(hào)碼脈沖 V V V V 9102 4098 單穩(wěn)1 單穩(wěn)2 36知識(shí)材料 控制引導(dǎo)電路及計(jì)數(shù)、置數(shù)電路控制引導(dǎo)電路及計(jì)數(shù)、置數(shù)電路 V V V V V V V V V V V V

23、V V V V V 4017 4011 4518 4518 4518 TO 4522TO 4522TO 4522 100K R R R CP CP CP CP 號(hào) 碼 脈 沖 開 門 脈 沖 37知識(shí)材料 PLL調(diào)頻（調(diào)頻（FM）解調(diào)）解調(diào) （P15） 16 15 14 13 12 11 10 9 87654321 16 15 14 13 12 11 10 9 87654321 4046B 4046A 9V 9V 9V 10K 10K 1M 10K 1n 1n 47n 10u 100u Ui Uo 1M 10K 5K1 10K 510P 51P 100K 9V -9V 38知識(shí)材料 鎖相式雙音

24、多頻信號(hào)（鎖相式雙音多頻信號(hào)（DTMF）解碼器）解碼器 雙音多頻信號(hào)（雙音多頻信號(hào)（DTMF） P（16） 低頻群低頻群L （Hz） 高頻群高頻群H(Hz) 120913361477 697123 770456 852789 941*0# 每個(gè)按紐各由每個(gè)按紐各由H和和L中的一個(gè)頻率組成中的一個(gè)頻率組成 39知識(shí)材料 鎖相式雙音多頻信號(hào)（鎖相式雙音多頻信號(hào)（DTMF）解）解 碼器碼器 用用5087構(gòu)成雙音多頻信號(hào)（構(gòu)成雙音多頻信號(hào)（DTMF）發(fā)生）發(fā)生 器器 （P17） V 3 4 5 14 13 12 11 123 456 789 0 * # COL1 COL2 COL3 ROW1 ROW2

25、 ROW3 ROW4 7 8 16 6 1 VDD(5V) 3.58MHz 5K1 1K DTMF 5087 40知識(shí)材料 用用LM567進(jìn)行單一頻率檢測(cè)電路進(jìn)行單一頻率檢測(cè)電路 （P18） 如如567的中心頻率的中心頻率(由由5,6腳外圍的腳外圍的R,C決定決定) 為為fo , 當(dāng)當(dāng)Vin中包含有中包含有fo成分時(shí)，則成分時(shí)，則8腳輸出腳輸出 低電平，否則高電平低電平，否則高電平 。 3 5 621 8 4 7 5V5V Vin 103 5K1 10K 1041u10u 10K 567 41知識(shí)材料 1組組DTMF信號(hào)解碼器（信號(hào)解碼器（P18） 2 4001 1209Hz 697Hz DT

26、MF OUT 5V + 3 5 621 8 4 7 5V5V Vin 103 5K1 10K 1041u10u 10K 567 567 10K 10u1u104 10K 10K 103 Vin 5V5V 7 4 8 126 5 3 當(dāng)輸入信號(hào)同時(shí)包含兩個(gè)頻率當(dāng)輸入信號(hào)同時(shí)包含兩個(gè)頻率(697,1209)時(shí)，時(shí)， 可輸出或邏輯可輸出或邏輯“0”。 42知識(shí)材料 6組組DTMF信號(hào)信號(hào) 解碼器（解碼器（P19） （如用（如用7個(gè)個(gè)LM567 和和12個(gè)或非門則個(gè)或非門則 可解調(diào)可解調(diào)12組組 DTMF信號(hào)。）信號(hào)。） 3 5 621 8 4 7 5V5V 103 10K 10K 1041u10u

27、10K 697 770 10K 10u1u104 10K 10K 103 5V5V 7 4 8 126 5 3 1209 10K 10u1u104 10K 5K1 103 5V5V 7 4 8 126 5 3 1336 10K 10u1u104 10K 5K1 103 5V5V 7 4 8 126 5 3 1477 10K 10u1u104 10K 5K1 103 5V5V 7 4 8 126 5 3 + + + + + + 1 2 3 4 5 6 DTMF 43知識(shí)材料 PLL 數(shù)字調(diào)諧實(shí)驗(yàn)（數(shù)字調(diào)諧實(shí)驗(yàn)（P20） 現(xiàn)代的接收機(jī)（如電視機(jī)、收現(xiàn)代的接收機(jī)（如電視機(jī)、收 音機(jī)）大多采用超外差接

28、收方音機(jī)）大多采用超外差接收方 式。如要接收的信號(hào)的載波頻式。如要接收的信號(hào)的載波頻 率為率為fC，則接收機(jī)要產(chǎn)生一個(gè)，則接收機(jī)要產(chǎn)生一個(gè) 本振信號(hào)，其頻率本振信號(hào)，其頻率fL=fC+fI，其，其 中中fI為中頻。為中頻。 44知識(shí)材料 在模擬調(diào)諧方式中，本振信在模擬調(diào)諧方式中，本振信 號(hào)一般是由號(hào)一般是由LC振蕩回路產(chǎn)生振蕩回路產(chǎn)生 的。調(diào)諧（調(diào)臺(tái)）時(shí)，一般的。調(diào)諧（調(diào)臺(tái)）時(shí)，一般 是用改變是用改變LC振蕩回路中電容振蕩回路中電容 的容量（如改變變?nèi)荻O管的容量（如改變變?nèi)荻O管 的反向偏壓），來改變本振的反向偏壓），來改變本振 信號(hào)的頻率，從而達(dá)到選臺(tái)信號(hào)的頻率，從而達(dá)到選臺(tái) 的目的的目的

29、 45知識(shí)材料 在數(shù)字調(diào)諧在數(shù)字調(diào)諧(頻率合成頻率合成)方式中，方式中， 本振信號(hào)則是用鎖相環(huán)的方法本振信號(hào)則是用鎖相環(huán)的方法 來產(chǎn)生。即由晶振電路產(chǎn)生頻來產(chǎn)生。即由晶振電路產(chǎn)生頻 率高穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再用鎖率高穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再用鎖 相環(huán)倍頻的方法產(chǎn)生本振信號(hào)，相環(huán)倍頻的方法產(chǎn)生本振信號(hào)， 通過改變鎖相環(huán)反饋回路分頻通過改變鎖相環(huán)反饋回路分頻 比的方法來改變本振信號(hào)頻率比的方法來改變本振信號(hào)頻率， 46知識(shí)材料 就象前面實(shí)驗(yàn)中用一片就象前面實(shí)驗(yàn)中用一片4046 和三片和三片4522以及以及1KHz標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 信號(hào)就可獲得信號(hào)就可獲得1999KHz信信 號(hào)一樣。要獲得某一準(zhǔn)確的號(hào)一樣。要獲得某一

30、準(zhǔn)確的 本振頻率，只要在本振頻率，只要在4522的置的置 數(shù)端置入相應(yīng)的數(shù)值（數(shù)端置入相應(yīng)的數(shù)值（BCD 碼）即可。碼）即可。 47知識(shí)材料 所以數(shù)字調(diào)諧的關(guān)鍵就是解決如何所以數(shù)字調(diào)諧的關(guān)鍵就是解決如何 置數(shù)的問題。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們是置數(shù)的問題。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們是 用鍵盤通過用鍵盤通過DTMF編解碼的方法來編解碼的方法來 置數(shù)。最終應(yīng)做到：如要接收某一置數(shù)。最終應(yīng)做到：如要接收某一 載波信號(hào)（如載波信號(hào)（如fC=345KHz）,則只則只 要在鍵盤上按該載波的數(shù)值（即要在鍵盤上按該載波的數(shù)值（即3， 4，5三個(gè)鍵），就可得到三個(gè)鍵），就可得到 fL=fC+fI=345+455=800 KHz的本

31、的本 振信號(hào)。（這里中頻振信號(hào)。（這里中頻fI為為455 KHz）。）。 48知識(shí)材料 最后信號(hào)發(fā)生器輸出的載波最后信號(hào)發(fā)生器輸出的載波 信號(hào)信號(hào)(345KHz正弦波正弦波)和本振和本振 信號(hào)（信號(hào)（4046的的4腳輸出的腳輸出的800 KHz方波）經(jīng)混頻濾波后應(yīng)方波）經(jīng)混頻濾波后應(yīng) 得到得到455 KHz的中頻信號(hào)的中頻信號(hào) （用示波器觀察）。（用示波器觀察）。 49知識(shí)材料 置數(shù)電路方框圖置數(shù)電路方框圖 V V V V V V V V V V V V V V V V V V 50878870 4017 74LS1754560 456074LS175 456074LS175 DTMF BCD

32、 DoDQA D D Q Q A A B B B S S S TO 4522 TO 4522 TO 4522 CP CP CP Y1 Y2 Y3 CID CP DTMF 編 碼DTMF 解 碼 位選擇 個(gè) 位 鎖 存 十 位 鎖 存 百 位 鎖 存 加 法 器 （個(gè)位） 加 法 器 （十 位） 加 法 器 （百位） Co CI CI Co 50知識(shí)材料 鍵盤和鍵盤和5087（或（或HM9102D）組成）組成 DTMF編碼電路。編碼電路。 MT8870是是DTMF解碼電路。當(dāng)輸解碼電路。當(dāng)輸 入某個(gè)入某個(gè)DTMF編碼信號(hào)（即按鍵盤編碼信號(hào)（即按鍵盤 的某個(gè)鍵）時(shí)，的某個(gè)鍵）時(shí)，8870的數(shù)據(jù)輸出

33、的數(shù)據(jù)輸出 端端D01-D04就輸出相應(yīng)的二進(jìn)碼，就輸出相應(yīng)的二進(jìn)碼， 同時(shí)其同時(shí)其15腳（腳（CID）輸出高電平。）輸出高電平。 即每按一次鍵，即每按一次鍵，CID就輸出一個(gè)正就輸出一個(gè)正 脈沖可作為百、十、個(gè)位選擇電路脈沖可作為百、十、個(gè)位選擇電路 的的CP信號(hào)。信號(hào)。 51知識(shí)材料 4017為百、十、個(gè)位選擇電為百、十、個(gè)位選擇電 路，作用是按第一次鍵時(shí)，路，作用是按第一次鍵時(shí)， 8870的的D01-D04輸出的輸出的BCD 碼應(yīng)鎖存到碼應(yīng)鎖存到“百百”位的鎖存位的鎖存 器，二、三次則分別為器，二、三次則分別為 “十十”、“個(gè)個(gè)”位。位。 52知識(shí)材料 三片三片74LS175（或（或CD

34、40175）分別為）分別為 “百百”、“十十”、“個(gè)個(gè)”位鎖存器。每片位鎖存器。每片 74LS175含有含有4個(gè)個(gè)D觸發(fā)器（觸發(fā)器（D1D4），分），分 別對(duì)應(yīng)別對(duì)應(yīng)BCD碼的碼的1，2，4，8位。三片的位。三片的D1 端應(yīng)都接到端應(yīng)都接到MT 8870的的D01輸出端，輸出端，D2、 D3、D4也類似。也類似。4017的的“1”、“2”、“3” 輸出端（即輸出端（即2、4、7腳）的輸出信號(hào)分別作腳）的輸出信號(hào)分別作 為三片為三片74LS175的的CP信號(hào)。這樣，當(dāng)對(duì)信號(hào)。這樣，當(dāng)對(duì) 4017清零后，清零后，8870再順序輸出三個(gè)數(shù)字再順序輸出三個(gè)數(shù)字 （如：（如：3，4，5），則相應(yīng)的二進(jìn)碼

35、），則相應(yīng)的二進(jìn)碼 （0011，0100，0101）就鎖存在三片）就鎖存在三片 74LS175的輸出端。的輸出端。 53知識(shí)材料 三片三片74LS175的輸出信號(hào)（如：的輸出信號(hào)（如：3，4，5） 輸入到加法器（三片輸入到加法器（三片4560）A輸入端，和輸入端，和 固定中頻數(shù)值固定中頻數(shù)值455（由（由B輸入端輸入）相加輸入端輸入）相加 后的和的數(shù)值（如：后的和的數(shù)值（如：8，0，0）就作為）就作為 4522的置數(shù)信號(hào)。即這時(shí)鎖相環(huán)輸出的是的置數(shù)信號(hào)。即這時(shí)鎖相環(huán)輸出的是 800KHz的方波，作為本振信號(hào)。的方波，作為本振信號(hào)。 54知識(shí)材料 根據(jù)上述工作原理、方框圖以根據(jù)上述工作原理、方框

36、圖以 及附錄及附錄1，自己設(shè)計(jì)、搭接具體自己設(shè)計(jì)、搭接具體 電路電路。要求當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出。要求當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出 123KHz的正弦波（即的正弦波（即Us）時(shí)，）時(shí)， 如順序按如順序按“1”、“2”、“3”三三 鍵，則用示波器可看到鍵，則用示波器可看到455KHz 的中頻信號(hào)的中頻信號(hào)UI，而且要求，而且要求“上上 電清零電清零”。 55知識(shí)材料 混頻電路（混頻電路（MC1496）（）（P21） 輸入信號(hào)輸入信號(hào)Us的幅度為的幅度為15mV , 本振信號(hào)本振信號(hào)UL為為TTL電平。電平。 I U S U L U -5V +5V103 103 51p 14 33K 5K1 10K 51 51 1 23 45 6 8 10 12 1K1K 51 10K MC1496 455KHz L C W 56知識(shí)材料 混頻電路（混頻電路（MC1496）調(diào)試步驟）調(diào)試步驟(1) 455KHz諧振回路調(diào)整諧振回路調(diào)整 Us開路，電位器開路，電位器W旋到任一極端位置，示旋到任一極端位置，示 波器探頭（波器探頭（X10檔）測(cè)檔）測(cè)1496（12）腳，）腳， UL為為200mVp-p的的455KHz附近的正弦信附近的正弦信 號(hào)，微調(diào)號(hào)，微調(diào)UL的頻率，觀察的頻率，觀察LC回路的選頻回路的選頻 作用，其中心頻率應(yīng)為作用，其中心頻率應(yīng)為455KHz。如不是。如不是 455KHz,則固定則固定UL的頻