數(shù)字鎖相頻率合成器實驗報告

1、課程設計實驗報告課程名稱：電子系統(tǒng)設計題目名稱：數(shù)字鎖相頻率合成器學生學院：信息工程學院專業(yè)班級：學 號：學生姓名：指導教師：2014年05月31日一、課程任務1、根據(jù)鎖相環(huán)原理，確定電路形式，畫出電路圖；2、計算電路元件參數(shù)，正確選取元器件，利用proteus軟件進行仿真；3、畫出原理圖、pcb圖；4、制作電路板，組裝、焊接電路；5、調試、測試電路功能，撰寫課程設計報告。二、課程目的1、能夠在設計中綜合運用所學知識解決實際問題。3、初步掌握工程設計的一般方法，具備一定的工程設計能力。4. 培養(yǎng)獨立思考和獨立解決問題的能力，培養(yǎng)科學精神和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。三、實驗原理頻率合成是指由一個或多個頻率

2、穩(wěn)定度和精確度很高的參考信號源通過頻率域的線性 運算，產(chǎn)生具有同樣穩(wěn)定度和精確度的大暈離散頻率的過程。用鎖相環(huán)迫使壓控振蕩 器(vco)的頻率鎖定在高穩(wěn)定的參考頻率上，從而獲得多個穩(wěn)定頻率,故又稱鎖相式頻率合 成。數(shù)字鎖相式頻率合成器的基本形式是由壓控振蕩器、鑒相器、可變分頻器和環(huán)路濾波器 組成。壓控振蕩器的輸出信號經(jīng)可變分頻器分頻后在鑒相器內與參考信號比相。當圧控振蕩 器發(fā)生頻率漂移時，鑒相器輸出的控制電壓也隨之變化，從而使壓控振蕩器頻率始終鎖定在 n倍的參考頻率上，改變可變分頻器的分頻比，便可改變頻率合成器的輸出頻率。四、設計指標1利用鎖相環(huán)設計的頻率合成器：2要求：輸入頻率fi=100

3、hz；3 輸出頻率 fo=l()()hz99.9 khz：4倍頻系數(shù):n=1999五、實驗測試要求1. 測vco曲線，即壓控振蕩器曲線；2. 測vco中心頻率ft)；3. 求 vco 增益：k=af/a v；4. 測鎖相環(huán)鎖定范圍：flfh；5. 求頻率合成器的階數(shù)。六、protues仿真digital oscilloscopecliaiui«ici 七、模塊電路圖(1) cd4046鎖相環(huán)模塊(2)分頻器模塊ju mwjl5 : cc<15百位14 lock1* icckr13 icckgs*o5：(3) 555波形發(fā)生模塊u6*diode r>2ssbkm-k1113

4、!1&界££££m ：cckgso1u :k：s :cck十位rt： i沐8,vcc7dithr2trigdismu5555c7 lufcvokc8o.olufgkd（4）電源及電路保護模塊vcc電源卞c310uf=z：c40uf2±=c5o.luf=±=c6 0 lufro ikjp5八、設計過程（1）系統(tǒng)框架（一）系統(tǒng)框圖鎖相環(huán)集成電路鎖相環(huán)頻率合成器的電路框圖（2）振蕩源設計555定時器成本低，性能可靠，只需耍外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛

5、應用于儀器儀表、 家用電器、電子測量及自動控制等方血。vccqr167k寸cc7disdi iwfdiqpe 6u5555r17dioded2c7 lufthr咖 | cvokc8 o.olufgnd(3) n分頻的設計單片cd4522頻率合成器構成1-9khz變化。cd4522是可預置數(shù)的二一十進制1/n減計數(shù)器。其引腳見附錄。其中dd4是預置端, q1-q4是計數(shù)器輸出端，其余控制端的功能如下：pe (3)二1時，d1d4值置進計數(shù)器en (4)二0,且cp (6)時，計數(shù)器(q1q4)減 計數(shù)；cf (13)二1且計數(shù)器(q1q4)減到0時，qc(12)=1cr (10)=1時，計數(shù)器清

6、零。單片4522分頻器，撥盤開關為bcd碼開關，如當數(shù)據(jù)窗口顯示3時則a和1, 2相連；當 顯示5時，貝ija和14相連，其余類推。4個100k電阻用來保證當撥盤開關為某腳不 和a相連，也就是懸空時，為低電平。工作過程是這樣的：設撥盤開關撥到n,當某 時刻pe (3) =1,則n置到ic內的計數(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)二1,所以qc (12)二1,也即pe (3)二1又 恢復到開始狀態(tài)，開始一個新的循環(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)應是cp的n分頻信號。組成1

7、-9khz頻率合成器用三片4522組成1999hhz頻率合成器如下圖，最終應做到撥盤開關的數(shù)值是多少，vco輸出信號的頻率就是多少khz。10 ok 10k47n（4）鎖相環(huán)參數(shù)設計本設計中，m固定，n可變?；鶞暑l率f' 1定為100hz,改變n值，使n二廣999,則可產(chǎn) 生f2=100hz99. 9khz的頻率范圍。鎖相壞鎖存范圍：fmax=1m1. 1mhzfmin=1001 khz則fmax/fmin=11k使用相位比較器pc21）若r2#=8,則由fmax/fmin=1k-11k由右圖大概確定r2/r1的值約為(1-10) k選定r1=10kq,可得r2二(100-500) k

8、q。選定vdd=5-10v,參照右圖與fmin=1001 khz可求出8 c1=2*10-4uf2 )若r2二* ,由fo二fmax/2二500kh乙 參照圖5并選定vdd二5=0v ,可得 c1=1.5*10-r2*10-4uf又2fc=fmax+fm in=(100. c1001) khz,2fl=fmax-fmin=(99, 9999)kh乙t1二r3*c2最終算出r3*c2 二 2 n*f l/(2nfc)2 二 0. 318uf令 r3hokq,則 c231.8pf107百h) ajhhndujfcl 一 vco timing capacitor 陽figure 6.typical

9、frequency vs c1 for r2 = 10 s 100 ki2 and 1 mu6 5 4 3 2 1 o o o o o o 1111 1 1022i 102-4.l - d41dio322：x：itffmaxwhenvco|n = vdd tminwhenvco|n = v$廠1liouimilll 二申二!;；訃w ”i rivmi «w 0.01 oj1r2/r1i n nsndoio2figure 7.九、altium designer畫原理圖卜、altium designer 畫 pcbc8r16r1zojp3r2o-1ko o-fbolduloooooooo

10、> ooooooooorv o o o:0000i一、制作(1)硫酸紙打印pcbu500 c0d8100eftooooss00ooooodloo folfo3joj oo o(2) 曝光(3) 顯影(4) 腐蝕(5) 焊接成品如圖:十二、調試與測量(1) 用萬用表檢.查各個焊點及各連線.(2) 檢查芯片4046：將.3、4腳短接,3腳.與mci4522斷開，調14腳輸入信號的頻率，測4 腳輸出信號的頻率，若其變化與14腳輸入信號頻率變化一致，則說明4046工作正常。(3) 檢查芯片mci4522：從6腳輸入頻率fi=900hz的信號，預置mci4522分頻數(shù).為1001。 測mci452

11、2的12腳.出信號的頻率，若為100hz,則.明mci4522焊接正常，工作正常.(4) 測試整個電路：接上電源vdd,從cd4046的14腳輸入頻率fi為100hz的信號，調 mci4522各預置端，設置不同的分頻比n,分別測不同分頻比吋cd4046的4腳輸出信號的 頻率f0,若.n從1到999 (3片4522)時,f0都.n與fi的乘積，則說明整個電路工作正常.(5) 指標測量：vco曲線時，將cd4046芯.的14腳和3腳斷開，從.9腳.輸入15v的直流 電壓，.隔0.5v測1次4腳輸頻，出一條曲線；vd二vcc/2=2.5v時測量得到中心工作頻率 wo(6) 根據(jù)上述測量結果，可求得v

12、co增益和頻率和成器的階數(shù).vco曲線：4046-9電壓心得：通過本次實驗，使自己對鎖相環(huán)的工作原理及其應用有了較深的理解，鎖相環(huán)應用愈廣， 鎖相環(huán)是在無線電發(fā)射中使頻率較為穩(wěn)定的一種方法。例如為相干解調提取參考載波、建 立位同步等，也可以用于改善電視接收機的行同步和幀同步，以提高抗干擾能力。很重要的一點是，通過實驗提高了發(fā)現(xiàn)問題，運用理論知識解決實際問題的能力。在做這 次試驗之前，我們做了一個pcb實驗，那時只知道畫pcb,對很多細節(jié)也沒太留意，直到 在本次實驗，真正自己做板時才體會到畫pcb時細節(jié)的重要。通過調試來發(fā)現(xiàn)自己的錯誤 并分析及排除這些故障，結合自己在實驗過程中碰到的問題，我覺得

13、在調試過程中應該注 意以下幾點：a、調試時應該分模塊進行調試，每個模塊都測試成功之后再測試整體，這樣可以更好的檢 查出問題所在。b、要學會從檢測結果中分析岀是哪里岀問題。c、調試時儀器的使用也是很關鍵的。元器件清單：器件名稱器件型號標識鎖拍壞cd1o16u1町編程4位bcd碼1./n計數(shù)器cd-1522u2町編程4位bcd碼1/n計數(shù)器cm522u3町編程1忖bcd烏1/n計數(shù)器cm522u41位撥碼開關ssi1位撥碼開關ss2位撥碼開關ss3定時器ne555u5瓷片電容60ncl瓷片電容20pc2電解電容10uc3電解電容0. lucl電解電容0.2uc5電解電容0. 3uc6瓷片電容luc7瓷片電容0.