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： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2014年 05 月31 日1、 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、測試電路功能，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2、 課程目的1、能夠在設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(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)

2、。三、實(shí)驗(yàn)原理頻率合成是指由一個或多個頻率穩(wěn)定度和精確度很高的參考信號源通過頻率域的線性運(yùn)算，產(chǎn)生具有同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的過程。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(nèi)與參考信號比相。當(dāng)壓控振蕩器發(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(shè)計(jì)指標(biāo)1利用鎖相環(huán)設(shè)計(jì)的

3、頻率合成器：2要求：輸入頻率fi=100 Hz；3輸出頻率fO=100Hz99.9 KHz；4倍頻系數(shù):N=1999五、實(shí)驗(yàn)測試要求1測VCO曲線，即壓控振蕩器曲線；2測VCO中心頻率f0；3求VCO增益：K=f/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7、 模塊電路圖（1） CD4046鎖相環(huán)模塊 (2) 分頻器模塊（3）555波形發(fā)生模塊（4） 電源及電路保護(hù)模塊8、 設(shè)計(jì)過程（1） 系統(tǒng)框架（2） 振蕩源設(shè)計(jì)555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、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。它也常作為定時器

4、廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。（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D1-D4是預(yù)置端，Q1Q4是計(jì)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(jì)數(shù)器EN（4）=0，且CP（6）時，計(jì)數(shù)器（Q1Q4）減計(jì)數(shù)；CF（13）=1且計(jì)數(shù)器（Q1Q4）減到0時，QC(12)=1 Cr(10)=1時，計(jì)數(shù)器清零。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時則A和1，2相連；當(dāng)顯示5時，則A和14相連，其余類推。4個100K電阻用來保證當(dāng)撥盤

5、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，則N置到IC內(nèi)的計(jì)數(shù)器中，下一個CP來時，計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)變?yōu)镹-1，一直到第N個CP來時，計(jì)數(shù)器為0。這時由于CF（13）=1，所以QC（12）=1，也即PE（3）=1又恢復(fù)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(yīng)是CP的N分頻信號。組成19KHz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輸出信號的頻率就是多少KHz。（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

6、率f1定為100Hz，改變N值，使N=1999，則可產(chǎn)生f2=100Hz99.9KHz的頻率范圍。鎖相環(huán)鎖存范圍：fmax=1M1.1MHzfmin=1001KHz則fmax/fmin=1K11K使用相位比較器PC21）若R2，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=10K,可得R2=（100-500）K。選定Vdd=5-10v,參照右圖與fmin=1001kHz可求出8 C1=2*10-4uF2）若R2=，由fo=fmax/2=500KHz,參照圖5并選定Vdd=510v，可得C1=1.5*10-42*10-4uF又2fc=fmax+fmi

7、n=(100.11001)kHz,2fl=fmax-fmin=(99，9999)kHz,T1=R3*C2 最終算出R3*C2=2*fl/(2fc)2 =0.318uF 令R3=10K，則C231.8pF9、 Altium Designer畫原理圖十、Altium Designer畫PCB11、 制作（1） 硫酸紙打印PCB（2） 曝光（3） 顯影（4） 腐蝕（5） 焊接成品如圖：12、 調(diào)試與測量（1） 用萬用表檢.查各個焊點(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

8、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(yù)置MCI4522分頻數(shù).為1001。測MCI4522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(diào)MCI4522各預(yù)置端，設(shè)置不同的分頻比N，分別測不同分頻比時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(biāo)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

9、壓，.隔0.5V測1次4腳輸頻，出一條曲線；Vd=Vcc/22.5V時測量得到中心工作頻率f0。（6）根據(jù)上述測量結(jié)果，可求得VCO增益和頻率和成器的階數(shù).VCO曲線：心得：通過本次實(shí)驗(yàn)，使自己對鎖相環(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PCB實(shí)驗(yàn)，那時只知道畫PCB，對很多細(xì)節(jié)也沒太留意，直到在本次實(shí)驗(yàn)，真正自己做板時才體會到畫PCB時細(xì)節(jié)的重要。通過調(diào)試來發(fā)