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1、 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 学 号： 院 系： 专 业： 电子信息工程 题 目： 基于锁相环路的高频信号源设计 指导者： 周正 讲师 评阅者： 2012 年 6 月 南 京High-frequency Signal Generator Based On PLLByChengFengYinSupervised by Lecturer ZhengZhouCollege of Communication EngineeringNanjing Institute of Technology June 2012摘要本文设计以以 AT89S52 为核心，它直接控制 MC1451
2、52 的 A 分频数，其串口工作在方式 0，经过串、并转换后，控制MC145152 的 N 分频数。键盘实现A 加记数、 A 减记数、 N 加记数、 N 减记数、步进值和波段的控制； 数码管实时显示频率和频率步进值；单片机直接控制继电器实现波段变化，并用二极管显示当前的频段范围。通过对该课题的研究，以 高频信号源系统 为研究目标，从问题的提出到工程方案的确定，从 锁相环路的原理、应用和数学模型分析到利用锁相环路构建高频合成电路，软、硬件实现 。关键词:锁相环；MC145152；AT89S52；AbstractThis article is designed to AT89S52 core, w
3、hich directly control the MC145152 A score frequency, its serial port in mode 0, string, and convert, control the MC145152-N frequency .Keyboard count A plus, A minus count, N, and the count, N the number of write-down, step value and the band control; Digital tube real-time display of frequency and
4、 frequency step value ;single-chip direct control relays band change, and use diode display the current frequency range.Through the study of this subject, to the high frequency signal source system for the research objectives of the problem to the engineering program, from the phase-locked loop prin
5、ciple, application and mathematical model analysis to the use of phase-locked loop to build high-frequency synthesis circuits, software and hardware implemention.Keywords：phase-locked loop; MC1451522; AT89S52; 目录目录第一章 绪论 .11.1 选题背景.1 1.2 毕业设计的目的和主要内容.1 1.3 信号源的简介 .2 1.4 锁相环技术简介 .2 1.5 毕业设计论文的主要章节安排.
6、4第二章 锁相环及频率合成技术 .52.1 锁相环的结构及基本原理 .5 2.2 锁相环路的各部件及其数学模型.7 2.3 频率合成技术 .9第三章 芯片的介绍 .113.1 AT89S52 单片机 .11 3.2 芯片 MC145152 MC12022 MC1648 简介 .14第四章 系统电路设计 .184.1 系统总体设计 .18 4.2 单元电路设计 .18 4.2.1 压控振荡电 路设计 .18 4.2.2 频率合成器的设计 .22 4.2.3 环路滤波器 .274.2.4 控制电路 设计和频率计算 .28第五章 软件设计 .305.1 MC145152 的控制和显示部分的程序设计
7、.30 5.2 74LS595 的控制程序设计 .31 5.3 液晶显示驱动的程序设计 .31第六章 总结与展望 .33致谢 .34参考文献 .35附录一 总体电路图 .36附录二 程序 .37南京工程学院毕业设计说明书（论文）1第一章 绪论1.1 选题背景随着社会科学的电子技术及电力电子技术的发展，对于一些电路的分析所需的仪器种类越来越多，同时要求的精度也越来越高。技术的发展应是面向人性化、智能化、经济化为一体的发展目标。在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率方便可调的信号源，信号源的使用普及程度也许仅次于万用表和示波器。频率越高、产生波形种类越多的发生器性能越好，但器件成本和技术要求
8、页大大提高 。在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，利用锁相环、倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳定的振荡信号输出。锁相技术起源于二十世纪 30 年代，提出无线电调幅信号的锁相同步检波技术；40 年代电视技术得到发展； 50 年代空间技术的发展； 60 年代相继研究制出集成锁相环部件和单片机锁相环路；70 年代由于半导体和集成电路技术的飞速发展，使锁相技术越来越广泛的应用于电子技术领域；80 至 90 年代锁相环路理论与研究日益完善，应用范围遍及整个电子技术领域；近年来，锁相技术在通信、航天、测量、电视、原子能等领域，能够高性能地完成信号的提取，信号的跟踪与同步，模拟和数字通
9、信的调制与解调、频率合成、滤波等功能，已经成为电子设备中常用的基本部件之一。通信及电子系统的飞速发展促使集成锁相环和数字锁相环突飞猛进，目前朝着集成化，数字化，多用化方向飞速发展。利用锁相环路构建高频合成电路，软、硬件也变得可以实现。其核心是基于锁相和频率合成技术。1.2 毕业设计的目的和主要内容通过对设计的研究，熟悉高频信号源的设计的基本过程。锁相环是相位误差控制系统，它将设定的参考信号与输出信号之间的相位不断比较，利用两者的相位误差电压来调整输出信号的相位，直到输出信号与参考信号达到同频。高频信号源要求电子仪器能达到很高的输出频率，具有低相位误差、低杂南京工程学院毕业设计说明书（论文）2散
10、、易于集成等特点，能提供频率稳 定度很高的输出信号，能很好的抑制 寄生分量，避免大量使用滤波器，因而 有利于集成化和小型化。该设计以高频信号源系统 为研究目标，从问题的提出到工程方案的确定，从锁相环路的原理、应用和数学模型分析到利用锁相环路构建高频合成电路，软、硬件实现 。1.3 信号源的简介 信号源又称信号发生器或振荡器，它是指生产所需要的参数的电测试信号的仪器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。在测试、 研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行
11、系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。 信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。 其中函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都都需要高频发射，这里的高频波就是载波，把音
12、频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的信号源。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的信号源。1.4 锁相环技术简介锁相环是一种利用反馈控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率，直到两者重新同步，这种同步又称为“锁相” 。锁相环包括鉴相器（ PD)、环路滤波器（ LF）和压控振荡器（ VCO）。南京工程学院毕业设计说明书（论文）3鉴相器是相位比较装置，它把输 出信号和参考信号的相位进行比较， 产生对应于两信号相位差的误差电压。 而其原理是 使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路 。环路滤波器的作用是滤除误差电压中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。它的作用是在鉴相器的输出端衰减高频误差分量，以提高抗干扰性能；在环路跳出锁定状态时，提高环路以短期存储，并迅速恢复信号。压控振荡器是用以产生调频信号，在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。大
