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1、河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第1页 用单片机编程产生不同的频率值，同时控制数用单片机编程产生不同的频率值，同时控制数码管动态显示，再用锁相技术提供稳定的输出频率。码管动态显示，再用锁相技术提供稳定的输出频率。配以调频电路、发射电路，从而实现可编程设定输配以调频电路、发射电路，从而实现可编程设定输出载波频率的出载波频率的FM发射机。发射机。 其特点是：结构简单，稳定性好，频率可调。其特点是：结构简单，稳定性好，频率可调。电路包含的主要元器件和基本电路部分有：单片机、电路包含的主要元器件和基本电路部分有：单片机、锁相环、压控振荡器、分频器、晶体振荡器、倍频锁相环、压控振荡器、分
2、频器、晶体振荡器、倍频电路、选频放大电路、滤波器、调频预加重电路等电路、选频放大电路、滤波器、调频预加重电路等等。等。一、一、河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第2页1 1、电原理框图、电原理框图、电原理框图、电原理框图二、电路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第3页2 2、成品介绍、成品介绍、成品介绍、成品介绍二、电路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第4页3 3、电路原理介绍、电路原理介绍、电路原理介绍、电路原理介绍二、电路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 河南大学电子
3、实训教学中心河南大学电子实训教学中心第5页硬件组成及电路中所用的硬件组成及电路中所用的IC芯片芯片 这种由台湾义隆公司近年推出的八位EM78系列单片机，目前已广泛应用于家用电器、工业控制、仪器等方面，与AT89系列、PIC系列、Z86系列、GMS97系列等单片机相比，它具有先进的单片机结构、优越的数据处理性能、强大的单片机新功能、灵活的功能选择设计、通俗易懂的指令系统、完备的开发手段以及相对较高的性价比。 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第6页鉴相器鉴相器CD4046 鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器CD4046CD4046集成了相位比较集成了相位比较集成了相位比较集成了相位比较 、压
4、控振荡器（、压控振荡器（、压控振荡器（、压控振荡器（VCOVCO）、线性放大器、）、线性放大器、）、线性放大器、）、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分，最高频率为源跟随器、整形电路等部分，最高频率为源跟随器、整形电路等部分，最高频率为源跟随器、整形电路等部分，最高频率为1.2MHz1.2MHz、工作电压、工作电压、工作电压、工作电压VDD=15VVDD=15V，1616脚封装脚封装脚封装脚封装 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第7页CD4060B串行计数串行计数/分频器分频器 CD4060B CD4060B内部包含一个振荡器和一个内部包含一个振荡器和一个内部包含一个振荡器和一
5、个内部包含一个振荡器和一个1414级二进制串行计数级二进制串行计数级二进制串行计数级二进制串行计数/ /分频器，分频器，分频器，分频器，它可作为可控制计数器、定时器、分频器以及时延电路等使用。本电它可作为可控制计数器、定时器、分频器以及时延电路等使用。本电它可作为可控制计数器、定时器、分频器以及时延电路等使用。本电它可作为可控制计数器、定时器、分频器以及时延电路等使用。本电路中用到的是分频记数器的功能。路中用到的是分频记数器的功能。路中用到的是分频记数器的功能。路中用到的是分频记数器的功能。 CD4060B CD4060B的分频范围为的分频范围为的分频范围为的分频范围为2-42-142-42-
6、14之间，本电路中接之间，本电路中接之间，本电路中接之间，本电路中接1414脚即得到脚即得到脚即得到脚即得到2-2-8 8（256256）的分频数。）的分频数。）的分频数。）的分频数。 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第8页锁相环简介锁相环简介uu为得到稳定的频率我们引入了锁相环，其为得到稳定的频率我们引入了锁相环，其为得到稳定的频率我们引入了锁相环，其为得到稳定的频率我们引入了锁相环，其输出频率精度与输出频率精度与输出频率精度与输出频率精度与4.00MHz4.00MHz晶振精度晶振精度晶振精度晶振精度同数量级同数量级同数量级同数量级。锁相环其实就是能够完成两个电信号相位同步的
7、自动控制闭环系。锁相环其实就是能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系。锁相环其实就是能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系。锁相环其实就是能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统，简称统，简称统，简称统，简称PLLPLL。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。技术领域。技术领域。技术领域。uu压控振荡器的输出压控振荡器的输出压控振荡器的输出压控振荡器的输出UoUo接至相位比较器的一个输入端，其输出频
8、率的高低由低接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的控制电压通滤波器上建立起来的控制电压通滤波器上建立起来的控制电压通滤波器上建立起来的控制电压UdUd决定。施加于相位比较器另一个输入端的决定。施加于相位比较器另一个输入端的决定。施加于相位比较器另一个输入端的决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号外部输入信号外部输入信号外部输入信号UiUi与来自压控振荡器的输出信号与来自压控振荡器的输出信号与来自压控振荡器的输出信号与来自压控振荡器的输出信号UoUo相比较，比较
9、结果产生的相比较，比较结果产生的相比较，比较结果产生的相比较，比较结果产生的误误误误差输出电压差输出电压差输出电压差输出电压UO1UO1正比于正比于正比于正比于UiUi和和和和UoUo两个信号的相位差两个信号的相位差两个信号的相位差两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频，经过低通滤波器滤除高频，经过低通滤波器滤除高频，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个控制电压分量后，得到一个控制电压分量后，得到一个控制电压分量后，得到一个控制电压UdUd。当。当。当。当UiUi和和和和UoUo两个信号的相位差变大时，这个电两个信号的相位差变大时，这个电两个信号的相位差变大时，这个电两个信号的相位差变大时
10、，这个电压压压压UdUd朝着减小朝着减小朝着减小朝着减小VCOVCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至输出频率和输入频率之差的方向变化，直至输出频率和输入频率之差的方向变化，直至输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCOVCO输出频输出频输出频输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）。此时称作相位锁定（即同步）。此时称作相位锁定（即同步）。此时称作相位
11、锁定（即同步）。此时称作相位锁定河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第9页 预加重和去加重技术预加重和去加重技术 理论上已证明，鉴频器的输出噪声功率谱按频率的平方规律增加。但是，许多实际的消息信号，例如语言、音乐等，它们的功率谱随频率的增加而减小，其大部分能量集中在低频范围内。河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第10页河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第11页高频丙类功率放大电路河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第12页3 3、电路原理介绍、电路原理介绍、电路原理介绍、电路原理介绍二、电路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 河南大学电子实
12、训教学中心河南大学电子实训教学中心第13页4 4、软件设计、软件设计、软件设计、软件设计（1 1）改变输出频率的方法）改变输出频率的方法）改变输出频率的方法）改变输出频率的方法 本项目中改变频率有如下方法：本项目中改变频率有如下方法：本项目中改变频率有如下方法：本项目中改变频率有如下方法： a a、改变外接晶体振荡器频率并调整元器件参数；、改变外接晶体振荡器频率并调整元器件参数；、改变外接晶体振荡器频率并调整元器件参数；、改变外接晶体振荡器频率并调整元器件参数； b b、改变外接分频器的分频值并调整元器件参数；、改变外接分频器的分频值并调整元器件参数；、改变外接分频器的分频值并调整元器件参数；
13、、改变外接分频器的分频值并调整元器件参数； c c、改变单片机的程序设计，调整指令延时数。、改变单片机的程序设计，调整指令延时数。、改变单片机的程序设计，调整指令延时数。、改变单片机的程序设计，调整指令延时数。 使用前两种方法改变频率都要改变硬件，这将使电路使用前两种方法改变频率都要改变硬件，这将使电路使用前两种方法改变频率都要改变硬件，这将使电路使用前两种方法改变频率都要改变硬件，这将使电路的结构受到影响，很不方便。第的结构受到影响，很不方便。第的结构受到影响，很不方便。第的结构受到影响，很不方便。第c c种方法只需改变单片机种方法只需改变单片机种方法只需改变单片机种方法只需改变单片机的指令
14、，因此最佳。的指令，因此最佳。的指令，因此最佳。的指令，因此最佳。二、电路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第14页（2 2）编程思想）编程思想）编程思想）编程思想 电路中单片机的作用有三个：输出分频脉冲、按键电路中单片机的作用有三个：输出分频脉冲、按键电路中单片机的作用有三个：输出分频脉冲、按键电路中单片机的作用有三个：输出分频脉冲、按键处理、频率显示。处理、频率显示。处理、频率显示。处理、频率显示。 产生分频脉冲：产生分频脉冲：产生分频脉冲：产生分频脉冲： 首先在首先在首先在首先在P6.6P6.6口输出一个低电平，然后口输出一个低电平，然
15、后口输出一个低电平，然后口输出一个低电平，然后以单片机的时钟脉冲为参考，用指令延时一定量的时间后以单片机的时钟脉冲为参考，用指令延时一定量的时间后以单片机的时钟脉冲为参考，用指令延时一定量的时间后以单片机的时钟脉冲为参考，用指令延时一定量的时间后再将再将再将再将P6.6P6.6口的输出变为高电平。接着，再用指令延时一定口的输出变为高电平。接着，再用指令延时一定口的输出变为高电平。接着，再用指令延时一定口的输出变为高电平。接着，再用指令延时一定量的时间后将量的时间后将量的时间后将量的时间后将P6.6P6.6口的输出重新变为低电平。如此往复，口的输出重新变为低电平。如此往复，口的输出重新变为低电平
16、。如此往复，口的输出重新变为低电平。如此往复，P6.6P6.6口就输出了一个对时钟分频后的矩形脉冲。口就输出了一个对时钟分频后的矩形脉冲。口就输出了一个对时钟分频后的矩形脉冲。口就输出了一个对时钟分频后的矩形脉冲。 按键处理：按键处理：按键处理：按键处理： 当检测到换频键被按下时调用按键处理子当检测到换频键被按下时调用按键处理子当检测到换频键被按下时调用按键处理子当检测到换频键被按下时调用按键处理子程序，将分频微调的值改变，从而使软件延时改变而使输程序，将分频微调的值改变，从而使软件延时改变而使输程序，将分频微调的值改变，从而使软件延时改变而使输程序，将分频微调的值改变，从而使软件延时改变而使
17、输出频率改变。出频率改变。出频率改变。出频率改变。 频率显示：由分频微调后的值经过运算就可得到频率频率显示：由分频微调后的值经过运算就可得到频率频率显示：由分频微调后的值经过运算就可得到频率频率显示：由分频微调后的值经过运算就可得到频率值，将该频率值经过译码由值，将该频率值经过译码由值，将该频率值经过译码由值，将该频率值经过译码由I/OI/O口输出。口输出。口输出。口输出。二、电路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第15页利用软件改变输出频率的原理利用软件改变输出频率的原理 1 1、分频器、分频器、分频器、分频器CD4060BCD4060B所
18、接晶振频率为所接晶振频率为所接晶振频率为所接晶振频率为F (F (本例中本例中本例中本例中F=4.00MHZ)F=4.00MHZ)，经过，经过，经过，经过256256分频分频分频分频后输出后输出后输出后输出15.625KHZ15.625KHZ（FeFe15.625KHz = F/25615.625KHz = F/256）基准频率。）基准频率。）基准频率。）基准频率。 2 2、锁相环锁相时，两个输入端频率相等。此时单片机输出到鉴相器的、锁相环锁相时，两个输入端频率相等。此时单片机输出到鉴相器的、锁相环锁相时，两个输入端频率相等。此时单片机输出到鉴相器的、锁相环锁相时，两个输入端频率相等。此时单片
19、机输出到鉴相器的 FeFe15.625KHz15.625KHz（ Fe Fe Fe Fe ）。）。）。）。 3 3、如预得到、如预得到、如预得到、如预得到40MHZ40MHZ的合成频率（即的合成频率（即的合成频率（即的合成频率（即FoFo40MHz40MHz），单片机软件编程的分频数），单片机软件编程的分频数），单片机软件编程的分频数），单片机软件编程的分频数N1= F0/ Fe=2560N1= F0/ Fe=2560，若单片机的一个指令周期，若单片机的一个指令周期，若单片机的一个指令周期，若单片机的一个指令周期C C选为选为选为选为4 4个时钟，要输出个时钟，要输出个时钟，要输出个时钟，要输
20、出15.625KHZ15.625KHZ的频率则需的频率则需的频率则需的频率则需指令（延时数）指令（延时数）指令（延时数）指令（延时数）N2=N1/C=N1/4=640N2=N1/C=N1/4=640，（注，（注，（注，（注C=2 C=2 时时时时 1280 1280）即每执行）即每执行）即每执行）即每执行640640条指令的延时单片机条指令的延时单片机条指令的延时单片机条指令的延时单片机输出引脚将产生输出引脚将产生输出引脚将产生输出引脚将产生15.625KHZ15.625KHZ的脉冲。此时压控振荡器输出端就得到的脉冲。此时压控振荡器输出端就得到的脉冲。此时压控振荡器输出端就得到的脉冲。此时压控
21、振荡器输出端就得到40MHZ40MHZ的合成频率。的合成频率。的合成频率。的合成频率。 4 4、 40MHZ 40MHZ的合成频率二倍频后即可得到的合成频率二倍频后即可得到的合成频率二倍频后即可得到的合成频率二倍频后即可得到80MHz80MHz的稳定频率（即的稳定频率（即的稳定频率（即的稳定频率（即2F0=80MHz2F0=80MHz）。）。）。）。预得到预得到预得到预得到80MHZ80MHZ，80.125MHZ80.125MHZ，80.250MHZ80.250MHZ，80.375MHZ80.375MHZ，80.50MHZ80.50MHZ等的合成频率或其它等的合成频率或其它等的合成频率或其它等
22、的合成频率或其它频率值，则只需改变单片机指令延时数频率值，则只需改变单片机指令延时数频率值，则只需改变单片机指令延时数频率值，则只需改变单片机指令延时数N2N2即可方便的得到。即可方便的得到。即可方便的得到。即可方便的得到。 根据锁定时满足：根据锁定时满足：根据锁定时满足：根据锁定时满足：uuFe=Fe Fe=Fe N1N1：单片机分频数：单片机分频数：单片机分频数：单片机分频数 N2 N2：单片机指令：单片机指令：单片机指令：单片机指令数数数数uu由由由由F/256=Fe= Fe =F0/N1=F0/(N2*C)= 15.625F/256=Fe= Fe =F0/N1=F0/(N2*C)= 1
23、5.625（KHZKHZ） F0F0：单片机时钟频率：单片机时钟频率：单片机时钟频率：单片机时钟频率uu可以算出可以算出可以算出可以算出2F02F0最小步长，即最小步长，即最小步长，即最小步长，即 F0/640=0.0625 MHz F0/640=0.0625 MHz（C=4 C=4 时时时时 执行时变动一条指令执行时变动一条指令执行时变动一条指令执行时变动一条指令F0F0的改变数），的改变数），的改变数），的改变数），2F0 2F0 即为即为即为即为 0.125MHZ 0.125MHZuu当当当当 C=2 C=2时时时时2F02F0最小步长为最小步长为最小步长为最小步长为0.0625MHZ0
24、.0625MHZ。欲得频率。欲得频率。欲得频率。欲得频率2F02F0只需根据公式求出指令延时数只需根据公式求出指令延时数只需根据公式求出指令延时数只需根据公式求出指令延时数N2N2并编写程序即并编写程序即并编写程序即并编写程序即可，且可，且可，且可，且2F02F0只能取最小步长整数倍。只能取最小步长整数倍。只能取最小步长整数倍。只能取最小步长整数倍。 注：注：注：注：C * N2 *Fe= N1* Fe= F0C * N2 *Fe= N1* Fe= F0河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第16页（3 3）程序流程图及说明）程序流程图及说明）程序流程图及说明）程序流程图及说明二、电
25、路原理及软件设计二、电路原理及软件设计 系统初始化：系统初始化：系统初始化：系统初始化： 看门狗使能、内存定看门狗使能、内存定看门狗使能、内存定看门狗使能、内存定义、义、义、义、I/OI/O口定义、设定标口定义、设定标口定义、设定标口定义、设定标记初始值等等记初始值等等记初始值等等记初始值等等段码值的输出：段码值的输出：段码值的输出：段码值的输出： 段码值由输出口段码值由输出口段码值由输出口段码值由输出口P60P60、P61P61、P62P62、P50P50、P51P51、P52P52、P53P53供给。供给。供给。供给。河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第17页1 1、简要的安
26、装说明、简要的安装说明、简要的安装说明、简要的安装说明三、安装与调试三、安装与调试 (1)(1)、筛选测试全部元器件、筛选测试全部元器件、筛选测试全部元器件、筛选测试全部元器件(2)(2)、检查印制板质量。、检查印制板质量。、检查印制板质量。、检查印制板质量。(3)(3)、正确安装和焊接元器件。、正确安装和焊接元器件。、正确安装和焊接元器件。、正确安装和焊接元器件。(4)(4)、最后检查安装正误和焊接质量、最后检查安装正误和焊接质量、最后检查安装正误和焊接质量、最后检查安装正误和焊接质量河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第18页1 1、简要的安装说明、简要的安装说明、简要的安装说
27、明、简要的安装说明三、安装与调试三、安装与调试 (5)(5)、编写控制程序、编写控制程序、编写控制程序、编写控制程序(6)(6)、用用用用SimulatorSimulator调试程序无误。调试程序无误。调试程序无误。调试程序无误。(7)(7)、用专用的程序烧写装置烧入用专用的程序烧写装置烧入用专用的程序烧写装置烧入用专用的程序烧写装置烧入EM78P153SEM78P153S。(8)(8)、插入对应、插入对应、插入对应、插入对应ICIC插座等候调试插座等候调试插座等候调试插座等候调试河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第19页PCB PCB 装配图（显示部分略）装配图（显示部分略）装
28、配图（显示部分略）装配图（显示部分略）三、安装与调试三、安装与调试 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第20页2 2、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明三、安装与调试三、安装与调试 （1）部分测试用的仪器逻辑笔逻辑笔逻辑笔逻辑笔E4411B E4411B 频谱测试仪频谱测试仪频谱测试仪频谱测试仪河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第21页2 2、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明三、安装与调试三、安装与调试 （2）、用万用表测试电源通道不短路后接通电源。（3）、检测 CD4046 的2个信号输入端应有15.625
29、KHZ方波脉冲。实测的双踪波形实测的双踪波形实测的双踪波形实测的双踪波形河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第22页2 2、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明三、安装与调试三、安装与调试 （4）、用电压表测量P点电压，同时调整L2线圈的磁芯，使该点电压能在0.14.8伏之间变化，最终调整在2.3 伏左右。（5）、用双踪示波器观察CD4046的3脚和14脚波形，同时旋动L2磁芯观察波形变化，判断锁相情况。（也可由谱线移动情况来判断）河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第23页2 2、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明
30、三、安装与调试三、安装与调试 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第24页2 2、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明三、安装与调试三、安装与调试 （6）、用频谱仪观察发射谱线位置和高度，调整拨动高放部分的线圈使频率为 2 f0 的谱线最高，其它谐波谱线最低。（7）、给音频输入端加载一个1kHz音频信号，并用收音机试验接收。河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第25页2 2、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明三、安装与调试三、安装与调试 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第26页2 2、简要的调试说明、
31、简要的调试说明、简要的调试说明、简要的调试说明三、安装与调试三、安装与调试 （8）、按动10次频率微调键，观察数码管显示情况。（9）、按动10次频率微调键，调整收音机频率调谐旋钮观察接受频率改变情况。 河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第27页四、扩展与再开发四、扩展与再开发 本项目的电路设计并不完善，功能也有限。同学们在现有软硬件基础上可结合所学的专业知识，进一步对其再开发和扩展，提高性能指标。设计出更实用、更有独创性的好产品。 下面给出几个开发扩展题目供参考： 1、增加立体声编码电路，使之成为FM立体声发射机。 2、增加接收和控制部分，使之成为FM单、双工对讲机 3、将本项目的设计思想移植到其它单片机 4、设计出带有时钟、日期显示，并可以任意设定开关机时间的全自动FM播放机。 5、语音播报频率。河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第28页河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第29页河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第30页河南大学电子实训教学中心河南大学电子实训教学中心第31页
