數(shù)字鎖相頻率合成器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目名稱：數(shù)字鎖相頻率合成器學(xué)生學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2014年05月31日一、課程任務(wù)1、根據(jù)鎖相環(huán)原理，確定電路形式，畫出電路圖；2、計(jì)算電路元件參數(shù)，正確選取元器件，利用proteus軟件進(jìn)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(diào)試、測(cè)試電路功能，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二、課程目的1、能夠在設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。3、初步掌握工程設(shè)計(jì)的一般方法，具備一定的工程設(shè)計(jì)能力。4. 培養(yǎng)獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問題的能力，培養(yǎng)科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。三、實(shí)驗(yàn)原理頻率合成是指由一個(gè)或多個(gè)頻率

2、穩(wěn)定度和精確度很高的參考信號(hào)源通過頻率域的線性 運(yùn)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(gè)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(hào)經(jīng)可變分頻器分頻后在鑒相器內(nèi)與參考信號(hào)比相。當(dāng)圧控振蕩 器發(fā)生頻率漂移時(shí)，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(shè)計(jì)指標(biāo)1利用鎖相環(huán)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)測(cè)試要求1. 測(cè)vco曲線，即壓控振蕩器曲線；2. 測(cè)vco中心頻率ft)；3. 求 vco 增益：k=af/a v；4. 測(cè)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(hù)模塊vcc電源卞c310uf=z：c40uf2±=c5o.luf=±=c6 0 lufro ikjp5八、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需耍外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛

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

6、零。單片4522分頻器，撥盤開關(guān)為bcd碼開關(guān)，如當(dāng)數(shù)據(jù)窗口顯示3時(shí)則a和1, 2相連；當(dāng) 顯示5時(shí)，貝ija和14相連，其余類推。4個(gè)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(shí)，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(shí)刻pe (3) =1,則n置到ic內(nèi)的計(jì)數(shù)器中，下一個(gè)cp來時(shí)，計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)變?yōu)閚-1,一直到第n 個(gè)cp來時(shí)，計(jì)數(shù)器為0。這時(shí)由于cf (13)二1,所以qc (12)二1,也即pe (3)二1又 恢復(fù)到開始狀態(tài)，開始一個(gè)新的循環(huán)。很顯然，每來個(gè)n個(gè)cp, qc (12)就會(huì)出現(xiàn)一 個(gè)高電平，也就是qc (12)應(yīng)是cp的n分頻信號(hào)。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(yīng)做到撥盤開關(guān)的數(shù)值是多少，vco輸出信號(hào)的頻率就是多少khz。10 ok 10k47n（4）鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，m固定，n可變?；鶞?zhǔn)頻率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?qǐng)D5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(diào)試與測(cè)量(1) 用萬用表檢.查各個(gè)焊點(diǎn)及各連線.(2) 檢查芯片4046：將.3、4腳短接,3腳.與mci4522斷開，調(diào)14腳輸入信號(hào)的頻率，測(cè)4 腳輸出信號(hào)的頻率，若其變化與14腳輸入信號(hào)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(hào)，預(yù)置mci4522分頻數(shù).為1001。 測(cè)mci452

11、2的12腳.出信號(hào)的頻率，若為100hz,則.明mci4522焊接正常，工作正常.(4) 測(cè)試整個(gè)電路：接上電源vdd,從cd4046的14腳輸入頻率fi為100hz的信號(hào)，調(diào) mci4522各預(yù)置端，設(shè)置不同的分頻比n,分別測(cè)不同分頻比吋cd4046的4腳輸出信號(hào)的 頻率f0,若.n從1到999 (3片4522)時(shí),f0都.n與fi的乘積，則說明整個(gè)電路工作正常.(5) 指標(biāo)測(cè)量：vco曲線時(shí)，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(cè)1次4腳輸頻，出一條曲線；vd二vcc/2=2.5v時(shí)測(cè)量得到中心工作頻率 wo(6) 根據(jù)上述測(cè)量結(jié)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(shí)驗(yàn)，使自己對(duì)鎖相環(huán)的工作原理及其應(yīng)用有了較深的理解，鎖相環(huán)應(yīng)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(diào)提取參考載波、建 立位同步等，也可以用于改善電視接收機(jī)的行同步和幀同步，以提高抗干擾能力。很重要的一點(diǎn)是，通過實(shí)驗(yàn)提高了發(fā)現(xiàn)問題，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。在做這 次試驗(yàn)之前，我們做了一個(gè)pcb實(shí)驗(yàn)，那時(shí)只知道畫pcb,對(duì)很多細(xì)節(jié)也沒太留意，直到 在本次實(shí)驗(yàn)，真正自己做板時(shí)才體會(huì)到畫pcb時(shí)細(xì)節(jié)的重要。通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤 并分析及排除這些故障，結(jié)合自己在實(shí)驗(yàn)過程中碰到的問題，我覺得

13、在調(diào)試過程中應(yīng)該注 意以下幾點(diǎn)：a、調(diào)試時(shí)應(yīng)該分模塊進(jìn)行調(diào)試，每個(gè)模塊都測(cè)試成功之后再測(cè)試整體，這樣可以更好的檢 查出問題所在。b、要學(xué)會(huì)從檢測(cè)結(jié)果中分析岀是哪里岀問題。c、調(diào)試時(shí)儀器的使用也是很關(guān)鍵的。元器件清單：器件名稱器件型號(hào)標(biāo)識(shí)鎖拍壞cd1o16u1町編程4位bcd碼1./n計(jì)數(shù)器cd-1522u2町編程4位bcd碼1/n計(jì)數(shù)器cm522u3町編程1忖bcd烏1/n計(jì)數(shù)器cm522u41位撥碼開關(guān)ssi1位撥碼開關(guān)ss2位撥碼開關(guān)ss3定時(shí)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.