電子工程師論文數(shù)控頻率合成器

　　摘要：頻率合成是指對一個高精度高穩(wěn)定度的標準信號頻率，經(jīng)過一系列算術(shù)運算，產(chǎn)生有相同穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的技術(shù)。頻率合成器是從一個或多個參考頻率中產(chǎn)生多種頻率的器件。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字控制器,頻率合成器,偽碼發(fā)生器,電子論文發(fā)表

　　一.選題背景

　　在現(xiàn)代電子學的各個領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號源。尤其是隨著通信業(yè)的發(fā)展，頻道的分布日趨密集，要求有高精度、高穩(wěn)定度的通信頻率。為解決這個難題，人們提出頻率合成器的方案。頻率合成技術(shù)是產(chǎn)生頻率源的一種現(xiàn)代化手段，它已廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、電子偵察、干擾與反干擾、遙控遙測及現(xiàn)代化儀器儀表中。

　　二.制作過程

　　(一) 概述

　　整個電路由電源、數(shù)字信號標頻源、數(shù)字控制器、偽碼發(fā)生器，鎖相式數(shù)字頻率合成器和頻率顯示器組成。數(shù)字標頻信號產(chǎn)生電路中包括振蕩電路(產(chǎn)生4.096MHz的方波信號，提供給分頻器)、開關(guān)控制電路(控制頻率輸出)以及分頻電路。分頻電路分出的各種頻率的方波信號，其中，1Khz的方波信號作為參考標頻送到頻率合成器中的相位比較器，其余作為時序控制信號經(jīng)開關(guān)控制電路送到數(shù)字控制器，通過調(diào)整模擬開關(guān)的高低電平控制輸出。數(shù)字控制器根據(jù)接受到的時序信號產(chǎn)生控制信號，分別輸送到數(shù)字頻率合成器的相位比較器和偽碼發(fā)生器，控制頻率輸出和跳頻跳速。數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生頻率并輸出。偽碼發(fā)生器根據(jù)控制信號產(chǎn)生偽碼序列，控制跳頻跳速。

　　(二)數(shù)字式標頻信號產(chǎn)生電路

　　數(shù)字標頻信號源是整個電路的外置部分，用以提供電路需要的特定的方波信號。此電路由三級分頻器和開關(guān)控制電路組成，常用的分頻器設(shè)計有利用4522即可預(yù)置的二—十進制計數(shù)器組成的可編程的分頻器，分為一級可編程序分頻器、多級可編程序分頻器。

　　(三)工作原理

　　本電路使用4046鎖相環(huán)電路的VCO壓控振蕩器作基本電路。先對該芯片的外引線排列管腳作一簡要介紹，然后再分析本電路的工作原理。

　　①4046功能框圖：

　　②VCO壓控振蕩器：

　　所謂壓控振蕩器就是振蕩頻率受輸入電壓控制的振蕩器。

　　4046鎖相環(huán)集成電路內(nèi)部的VCO是一個線性度很高的多諧振蕩器，它能產(chǎn)生很好的對稱方波輸出。電源電壓可工作在3—18 v 之間。本電路取+5v電源。該VCO是一種CMOS數(shù)字門型的壓控振蕩器。它利用門電路組成的RS觸發(fā)器控制一對開關(guān)輪番的向定時電容C1正向充電和反向充電，從而形成自激振蕩，振蕩頻率與充電電流成正比，與C1的容量成反比，而且與電源電壓有關(guān)，與外接電阻R1/R2的比值也有關(guān)(其中R1、C1共同決定VCO的中心頻率，R2可改變中心頻率和頻率控制范圍)。在本電路中，R1取10K，C1取12P，R2取100K。

　　③相位比較器2(PD2)：

　　相位比較器2是由輸入信號PHi1 、PHi2上升沿控制的數(shù)字儲藏網(wǎng)絡(luò)，它是由門電路、RS觸發(fā)器和三態(tài)P、N溝道管輸出級構(gòu)成。由于該相位比較器不要求兩輸入信號波形的占空比為50%，而是僅在PHi1 、PHi2上升沿起作用，故與占空比無關(guān)。

　　④環(huán)路低通濾波器(LPF)：

　　相位比較器2輸出的相位誤差電壓是周期性脈沖波形，需要使用環(huán)路低通濾波器將它平滑后輸出一個直流控制電壓，去控制VCO的頻率和相位，使之向減小誤差方向變化，從而消除頻差與相差達到鎖定狀態(tài)。環(huán)路低通濾波器由外接100K歐電阻、5.1K歐電阻和0.068UF電容組成無源比例積分濾波器。

　　⑤兩級可編程序分頻器：

　　本電路使用可預(yù)置數(shù)的二十進制1/N計數(shù)器4522，如下圖：

　　多級級聯(lián)可按下述原則連接：將高位計數(shù)器的Oc輸出端連接到比它低一級的計數(shù)器的CF端;最低位計數(shù)器的Oc輸出端接到包括它本身在內(nèi)的所有各級的PE端;最高位計數(shù)器的CF端接高電位。輸入信號頻率送到最低位計數(shù)器的CL端，低位計數(shù)器的Q4輸出接到比它高一位的CL輸入端。

　　⑥可編程序的減數(shù)器(一個周期)：

　　本電路仍然使用4522，是它的另外一種用法實現(xiàn)連續(xù)自減計數(shù)功能，其輸出端與2864地址線相連送出地址。電路工作過程大致如下，級聯(lián)端CF接高電平，Oc輸出端反饋到預(yù)置端PE，預(yù)置端D1- D4按預(yù)置送出的初地址至2864。當計數(shù)器在時鐘脈沖作用下作減法計數(shù)時，一旦Q1-Q2使都變?yōu)?ldquo;0”電平時，Oc輸出就跳變?yōu)?ldquo;1”，并反饋到PE端，于是就自動地把預(yù)置數(shù)N送入計數(shù)器，重新開始計數(shù)，從而實現(xiàn)連續(xù)的減法計數(shù)。輸入CP的不同頻率的脈沖，使計數(shù)器產(chǎn)生不同的速度計數(shù)輸出。在跳頻跳速控制器中，通過改變不同的CP脈沖也可改變頻率合成器的頻率輸出速率，實現(xiàn)部分跳速控制。

　　頻率合成器的工作原理如下：

　　程序分頻器是鎖相環(huán)數(shù)字式頻率合成器的主要單元之一。本電路采用反饋封鎖的辦法，實現(xiàn)了使用極少的器件控制眾多頻率的靈活轉(zhuǎn)換的功能。使用二級可預(yù)置分頻器，采用可預(yù)置BCD碼同步1/N計數(shù)器CC14522，每級的分頻比既可由單片機控制，也可由4位小型撥動開關(guān)控制，我們選用了小型開關(guān)控制。撥動開關(guān)分別置入分頻比的十位、個位數(shù)以8421碼的形式輸入。

　　其輸出頻率：f0=N*fr fr為標頻輸入。

　　(四)控制電路

　　控制電路的作用有兩個，一個是控制數(shù)字頻率合成器的輸出，一個是控制偽碼發(fā)生器，從而控制跳頻跳速。它是由CC14522組成的。CC14522是由4個TE觸發(fā)器和幾個進位及反饋門電路組成，不需要外接門電路即可實現(xiàn)1/N分頻，是可預(yù)置數(shù)的二—十進制1/N計數(shù)器的國標型號，可與國外同類產(chǎn)品MC14522直接代換。

　　(1)典型參數(shù)：工作電壓：3V到18V

　　最大功率：500Mw

　　異步預(yù)制允許

　　(2)其外引線排列圖如下：

　　CC14522有四個輸出端Q1-Q4;還有一個Qc輸出端，作為多級級聯(lián)來使用。它的輸入端較多，除了時鐘端CP，時鐘禁止端和清零端外，還有與Q1-Q4相對應(yīng)的四個預(yù)置數(shù)輸入端D1-D4，以及預(yù)置控制端PE。此外，為了完善電路的功能，還有一個級聯(lián)反饋輸入端CF。并由上圖可以看出，16管腳接電源，8管腳接地。

　　(五)頻率顯示器

　　80C51的串行通信口是一個功能強大的通信口，而且是相當好用的通信口，用于顯示驅(qū)動電路。用兩個串行通信口線加上兩根普通I/O口，設(shè)計一個4位LED顯示電路。其電路原理圖如下:

　　采用80C51單片機，同時用74LS164和74LS138作為擴展芯片。74LS164(詳細技術(shù)手冊)是一個8位串入并出的移位寄存器，其此處的功能是將80C51串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出，從而驅(qū)動LED數(shù)碼管。74LS138是一個3-8譯碼器，它將單片機輸出的地址信號譯碼后動態(tài)驅(qū)動相應(yīng)的LED。由于74LS138電流驅(qū)動能力較小，為此，使用未級驅(qū)動三極管2SA1015作為地址驅(qū)動。

　　將4只LED的段位都連在一起，它們的公共端則由74LS138分時選通，這樣任何一個時刻，都只有一位LED在點亮，也即動態(tài)掃描顯示方式，其優(yōu)點在上一節(jié)中我們已經(jīng)闡述。使用串行口進行LED通信，程序編寫相當簡單，用戶只需將需顯示的數(shù)據(jù)直接送串口發(fā)送緩沖器，等待串行中斷即可。

　　三.重要文獻

　　1.《集成數(shù)字電路原理與應(yīng)用》作者：錢民康 湖北科學技術(shù)出版社1986年

　　2. 《頻率合成器理論與設(shè)計》作者：[美]維迪姆.邁納塞維奇 機械工業(yè)出版社 1982年6月

　　3.《通信系統(tǒng)實驗》編者組 第二炮兵指揮學院 1995年6月

　　4.《電子線路設(shè)計、實驗、測試》作者：謝自美 華中理工大學出版社 2000年5月