频率合成器设计报告.docx

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频率合成器设计报告

频率合成器课程设计

总结报告

指导教师：

***

组员：

李刚、魏虹宇、张朋、蒙荣鸿

专业：

电子信息科学与技术092

日期：

2012年1月1日

摘要：

本设计是关于锁相环频率合成器的设计，设计主要由电源、自制压控振荡器（VCO）、锁相环频率合成器（PLL）、单片机控制（MCU）显示以及键盘操作五部分组成。

电源部分采用稳压芯片获得稳定的3.3V以及5V的电压输出，压控振荡器采用MAX2620芯片外接电感电容并联谐振回路制成，锁相环频率合成器采用ADF4106制成，、采用AT89C52单片机作为系统的控制单元。

基本要求：

输出频率可改变，输出功率可调整。

扩展要求：

具有显示功能，具有键盘控制功能。

关键词：

锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、环路滤波（LPF）、单片机（MCU）

Abstract：

Thisdesignisaboutlockcirtlefrequencysynthesizerdesign,designmainlybypowersupply,self-controlvoltagecontroloscillation（VCO）,andphaselockloop（PLL）frequencysynthesizerandsingle-chipmicrocomputercontrol（MCU）displayandkeyboardfiveparts.Thepowersupplyvoltageofthechipmadesteady3.3Vand5Vvoltageoutput,controlledoscillatorMAX2620adoptschipmade,lockcirtlefrequencysynthesizermadebyADF4106,byAT89C52singlechipmicrocomputerassystem,thecontrolunit.Basicrequirements:

outputfrequencycanchange,outputpowercanbeadjusted.Expandrequirements:

displayfunctionwiththekeyboardcontrolfunction.

Keywords:

Phaselockloop（PLL）、Voltagecontroloscillation（VCO）、LPF、SCM（MCU）

1.任务

图1整体框图

要求

1.1.1.自制VCO振荡器

要求：

VCO振荡器输出频率在77MHz~113MHz之间选择，输出功率≥-10dBm。

1.1.2.锁相环频率合成器设计

要求：

输出频率在10MHz~1000MHz之间选择，输出范围≥10MHz，输出功率≥-10dBm。

输出频率由按键控制，可增加、可减小，最小步进≤1MHz。

输出功率可调整，调整范围至少在-10dBm~-40dBm之间。

2.方案的比较论证及选择

项目分析：

根据教学大纲要求，结合本专业学生的专业知识，设计出一个频率合成器电路。

基本要求：

自制压控振荡器，选用锁相环芯片构建锁相环频率合成器，输出频率可改变，输出功率可调整。

扩展要求：

具有显示功能，具有键盘控制功能。

电路设计中，VCO电路采用芯片加外围谐振电路的方式，用外接变容管实现频率变化。

PLL电路采用集成芯片，结合控制电路，通过键盘输入，改变输出信号的频率，并采用数码管方式，显示出输出频率的值。

输出功率通过电位器调节，实现输出功率的变化。

VCO振荡器部分

2.1.1.方案一：

采用分立元器件搭;

2.1.2.方案二：

采用集成芯片MAX2620进行制作;

2.1.3.方案比较与选择：

方案一采用分立元件搭，工程量较大，不稳定因数较多，对于调试难度较大，方案二采用集成的芯片，大大的减少了外围电路，稳定性得到了较大的提高，调试起来也比较的方便，因而对于VCO部分我们采用基于MAX2620集成芯片的制作方案。

PLL锁相环部分

2.1.4.方案一：

采用分立元器件搭;

2.1.5.方案二：

采用集成的芯片ADF4106进行制作;

2.1.6.方案比较与选择：

方案一采用分立元件搭，工程量较大，不稳定因数较多，对于调试难度较大,方案二采用集成的芯片ADF4106,利于小型化与集成化.具有良好的短期与长期稳定度。

集成化后的反应速度也有所提高，可以进一步缩短锁定的时间，因而采用方案二来的更加合理。

显示部分

2.1.7.方案一：

采用字符式LCD显示；

2.1.8.方案二：

采用数码管动态扫描显示；

2.1.9.方案比较与选择：

方案一采用LCD首先在制作成本上比较高，对于教学实验课程没有这个必要性，再有它的体积比较大，对于小型化设计不是很理想。

方案二原理简单，编程容易，结构小巧，对于本课程实验完全可以满足显示需求。

并且价格低廉，综上我们选择方案二。

键盘部分

2.1.10.方案一：

使用PC机键盘，通过PS/2接口与单片机相连；

2.1.11.方案二：

直接用单片机的I/O口接常开开关做成按键。

2.1.12.方案比较与选择：

方案一输入方便，与单片机连接只需要两个I/O口，但是PC机键盘比较大，编程量大；方案二硬件连接简单，编程也简单。

为了操作界面简单简洁，我们用只需要用四个按键就可以实现所有的操作，因此我们选择方案二。

3.单元模块的设计

VCO电路设计

压控振荡器主要功能是产生并输出具有一定频率的正弦信号，其振荡源由外加电压控制。

图2自制VCO原理图

鉴相器电路设计

由于锁相频率合成技术具有优良的特性，特别是随着数字电路的高速发展，锁相合成器件更是得到进一步的使用，锁相合成器具有良好的窄带跟踪特性，可以很好的选择所需的频率信号，抑制杂散分量，并且具有避免了大量滤波器的优点，利于小型化。

同时还具有良好的短期与长期稳定度。

这里我们采用ADF4016锁相环芯片，结合外围电路，设计出频率合成器电路。

图3锁相环原理图

控制电路设计

采用AT89C52单片机进行控制，配备有有键盘输入功能和数码管显示功能。

键盘输入改变输出信号频率，能实现100KHz的最小频率步进。

数码管能够显示相应的输出信号的频率。

PLL芯片的控制采用串行数据输入。

图4单片机控制原理图

电源电路设计

由于电路设计中，有几组电源要求，采用电源管理芯片，分别输出3.3V与5V两组电源给系统供电，并设计出电源监测和保护电路。

图5电源部分原理图

整体电路设计

对PLL电路、控制电路和电源管理电路进行综合，绘制出整体电路原理图和印制板图。

图6整体原理图

图7PCB图

软件设计

根据控制电路的要求，画出软件流程图，并结合选用的控制电路，设计出对应的程序，并能够编译、下载完成。

4.安装调试说明

元器件装配图

图8元件装配图

硬件部分调试步骤：

4.1.1.电源模块

焊接完电源模块后，从AMS1117—5V芯片输出应在5V左右，AMS1117—3.3V芯片输出在3.3V左右，电源模块就正常工作了。

通过测试，最大输出为4.97V和3.29V，说明电源电路正常工作。

4.1.2.压控振荡器

焊接完后，压控振荡器能够起振，加控制电压时，VCO的频率发生变化，VCO正常工作，实际测得，当加0-4.5V直流电压时，VCO频率范围为77Mhz—113Mhz,但在反馈回路上的信号幅度太小达不到要求，因此通过把上拉电阻改成上拉电感，使输出幅度提高，达到指标。

图9调试效果图

4.1.3.鉴相器

焊接完后，先下个测试程序检测输出是否正确，如果结果不对，首先应检查电路是否有错，否则就是程序不对，要改程序。

4.1.4.软件控制部分调试步骤

我们采用Keil软件进行程序设计。

首先调试数码管和按键，确保数码管和按键能够正常工作，然后调试鉴相器程序，通过设置ADF4106的MUXOUT输出R分频频率确保程序能够控制芯片，然后测量CP端，保证电荷泵能够正常输出。

5.测试报告

测试条件

测试温度：

室温（5—20摄氏度）

测试电压：

0V—5V

测试步骤

（1）电源及各元器件电压测试

（2）VCO在测试电压下的频率测试

（3）测试鉴相器是否正常工作

（4）整机系统的测试

测试结果

（1）电源输出测试正确

（2）VCO频率测试结果

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

77.4

82

86.7

91.6

96.3

100.8

104.7

108

110.5

112.2

113.3

（3）测试鉴相器能够正常工作

6.设计总结

1.通过此次课程设计，将所学的理论知识很好的运用到了实践中，让我们将理论知识理解得更加深入。

2.通过实践，锻炼了大家的动手能力和调试能力，通过分组的形式，锻炼了大家的团结协作能力。

3.通过此次课程设计，我们懂得了工程项目的制作过程。

7.附录一

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineulintunsignedlongint

sbitPll_LE=P1^0;

sbitPll_DATA=P1^1;

sbitPll_CLK=P1^2;

sbitPll_CE=P1^3;

sbitKEY_down=P2^0;

sbitKEY_right=P2^1;

sbitKEY_up=P2^2;

sbitKEY_left=P2^3;

ucharTime0_flag=0,wei_flag=1,Dis_value[4]={1,0,0,0};

ulintR_ref=100;

uintfreq_value=1000,freq=0;

ucharCodeTable[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//mabiao

voidInit_Timer0（void）;

voidKey（void）;

voidDisplay（void）;

voiddelay（uinti）;

voidADF4106_Write（ulintvalue）;

voidADF4106_init（void）;

voidADF4106_Setfreq（void）;

voidmain（）

{

Init_Timer0（）;

ADF4106_init（）;

while

（1）

{

Key（）;

freq_value=Dis_value[0]*1000+Dis_value[1]*100+Dis_value[2]*10+Dis_value[3];

if（freq_value!

=freq）

{

freq=freq_value;

EA=0;

ADF4106_Setfreq（）;

EA=1;

}

}

}

voidADF4106_Write（ulintvalue）

{

ulinttemp=0x800000;

uchari;

Pll_LE=0;

Pll_CLK=0;

for（i=0;i<24;i++）

{

if（value&temp）

{Pll_DATA=1;}

else