電子工程師論文數(shù)控頻率合成器

　　摘要：頻率合成是指對(duì)一個(gè)高精度高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率，經(jīng)過一系列算術(shù)運(yùn)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(gè)或多個(gè)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(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號(hào)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(gè)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(gè)電路由電源、數(shù)字信號(hào)標(biāo)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(biāo)頻信號(hào)產(chǎn)生電路中包括振蕩電路(產(chǎn)生4.096MHz的方波信號(hào)，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(hào)，其中，1Khz的方波信號(hào)作為參考標(biāo)頻送到頻率合成器中的相位比較器，其余作為時(shí)序控制信號(hào)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(shí)序信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，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(hào)產(chǎn)生偽碼序列，控制跳頻跳速。

　　(二)數(shù)字式標(biāo)頻信號(hào)產(chǎn)生電路

　　數(shù)字標(biāo)頻信號(hào)源是整個(gè)電路的外置部分，用以提供電路需要的特定的方波信號(hào)。此電路由三級(jí)分頻器和開關(guān)控制電路組成，常用的分頻器設(shè)計(jì)有利用4522即可預(yù)置的二—十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成的可編程的分頻器，分為一級(jí)可編程序分頻器、多級(jí)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(duì)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(gè)線性度很高的多諧振蕩器，它能產(chǎn)生很好的對(duì)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(duì)開關(guān)輪番的向定時(shí)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(hào)PHi1 、PHi2上升沿控制的數(shù)字儲(chǔ)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(jí)構(gòu)成。由于該相位比較器不要求兩輸入信號(hào)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(gè)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(dá)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(jí)可編程序分頻器：

　　本電路使用可預(yù)置數(shù)的二十進(jìn)制1/N計(jì)數(shù)器4522，如下圖：

　　多級(jí)級(jí)聯(lián)可按下述原則連接：將高位計(jì)數(shù)器的Oc輸出端連接到比它低一級(jí)的計(jì)數(shù)器的CF端;最低位計(jì)數(shù)器的Oc輸出端接到包括它本身在內(nèi)的所有各級(jí)的PE端;最高位計(jì)數(shù)器的CF端接高電位。輸入信號(hào)頻率送到最低位計(jì)數(shù)器的CL端，低位計(jì)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(gè)周期)：

　　本電路仍然使用4522，是它的另外一種用法實(shí)現(xiàn)連續(xù)自減計(jì)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(jí)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(dāng)計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘脈沖作用下作減法計(jì)數(shù)時(shí)，一旦Q1-Q2使都變?yōu)?ldquo;0”電平時(shí)，Oc輸出就跳變?yōu)?ldquo;1”，并反饋到PE端，于是就自動(dòng)地把預(yù)置數(shù)N送入計(jì)數(shù)器，重新開始計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的減法計(jì)數(shù)。輸入CP的不同頻率的脈沖，使計(jì)數(shù)器產(chǎn)生不同的速度計(jì)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(shí)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(shí)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(jí)可預(yù)置分頻器，采用可預(yù)置BCD碼同步1/N計(jì)數(shù)器CC14522，每級(jí)的分頻比既可由單片機(jī)控制，也可由4位小型撥動(dòng)開關(guān)控制，我們選用了小型開關(guān)控制。撥動(dòng)開關(guān)分別置入分頻比的十位、個(gè)位數(shù)以8421碼的形式輸入。

　　其輸出頻率：f0=N*fr fr為標(biāo)頻輸入。

　　(四)控制電路

　　控制電路的作用有兩個(gè)，一個(gè)是控制數(shù)字頻率合成器的輸出，一個(gè)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(gè)TE觸發(fā)器和幾個(gè)進(jìn)位及反饋門電路組成，不需要外接門電路即可實(shí)現(xiàn)1/N分頻，是可預(yù)置數(shù)的二—十進(jìn)制1/N計(jì)數(shù)器的國標(biāo)型號(hào)，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(gè)輸出端Q1-Q4;還有一個(gè)Qc輸出端，作為多級(jí)級(jí)聯(lián)來使用。它的輸入端較多，除了時(shí)鐘端CP，時(shí)鐘禁止端和清零端外，還有與Q1-Q4相對(duì)應(yīng)的四個(gè)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(gè)級(jí)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(gè)功能強(qiáng)大的通信口，而且是相當(dāng)好用的通信口，用于顯示驅(qū)動(dòng)電路。用兩個(gè)串行通信口線加上兩根普通I/O口，設(shè)計(jì)一個(gè)4位LED顯示電路。其電路原理圖如下:

　　采用80C51單片機(jī)，同時(shí)用74LS164和74LS138作為擴(kuò)展芯片。74LS164(詳細(xì)技術(shù)手冊(cè))是一個(gè)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(dòng)LED數(shù)碼管。74LS138是一個(gè)3-8譯碼器，它將單片機(jī)輸出的地址信號(hào)譯碼后動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED。由于74LS138電流驅(qū)動(dòng)能力較小，為此，使用未級(jí)驅(qū)動(dòng)三極管2SA1015作為地址驅(qū)動(dòng)。

　　將4只LED的段位都連在一起，它們的公共端則由74LS138分時(shí)選通，這樣任何一個(gè)時(shí)刻，都只有一位LED在點(diǎn)亮，也即動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，其優(yōu)點(diǎn)在上一節(jié)中我們已經(jīng)闡述。使用串行口進(jìn)行LED通信，程序編寫相當(dāng)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(xiàn)

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

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

　　3.《通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)》編者組 第二炮兵指揮學(xué)院 1995年6月

　　4.《電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試》作者：謝自美 華中理工大學(xué)出版社 2000年5月