1、 Tianjin University of Technology and Education 毕 业 论 文 专 业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 天津工程师范学院本科生毕业设计 PLL电路的研究及在信号产生中的应用 Research of PLL electric circuit and application in the signal-generating 摘 要 摘要： 随着科学技术的发展，锁相环 PLL是自动频率控制和自动相位控制技术的融合。 鉴于其在通讯、航海、军事等发面的广泛应用，研究锁相环电路的特性有助于了解和提高锁相环电路的性能指标，使其在各领域得到更为广泛的应用和
2、推广，其 具有很强的实际应用价值。 本设计基于数字锁相环式频率合成技术 ,采用 AT89S52单片机完成电压控制LC振荡器的控制。可控制单片机改变频率，步进为 100KHz；可实时测量压控振荡器输出频率、输出电压峰 峰值，并用数码管显示器显示；在输出负载为容 性阻抗时，用一个串联谐振回路提高其输出功率；采用了交流电压反馈和 AGC电路来稳定输出电压；末级功放选用三极管 2SC2668，使其工作在丙类放大状态，提高了放大器的效率；输出正弦波比较稳定，没有明显失真；输出频率稳定度达到 10-3；输出功率 20mW；输出电压可稳定在 1V 0.1V。 关键词 ： 锁相环；压控振荡器；频率测量；信号产
3、生；单片机ABSTRACT Abstract: Along with the science technical development, lock mutually the wreath PLL is mutually automatic frequency control and auto control technical fusion. Owing to it is in the hair noodleses, such as communication, voyage and military.etc. of extensive applied. The research lock
4、mutually the characteristic of wreath electric circuit help understanding and exaltation to lock mutually the function index sign of wreath electric circuit, Make it get more extensive application and expansion in each realm, it has very strongly physically applied value. The system adopting AT89S52
5、 to design the VCO is based on the digital frequency synthesize technical .The digital PLL principle is used and the control of the core chip MC145163 is accomplished by AT89S52. It can automatically change and measure the frequency of VCO with a step of 100 kHz and VP-P and display it by LED .Meant
6、ime it realizes the functions of expanding the frequency, which make more practical. The design is program with AT89S52 . It is proved to be well functioning, the output frequency is stable and the power of is over 20mW, and the capability indexes are also good after testing. Key Words： PLL;voltage
7、controlled oscillator; frequency measure; signal-generating; SMCU 目 录 引言 . 1 2 系统组成 . 3 3 方案论证与比较 . 4 3.1 压控振荡器方案论证与选择 . 4 3.2 频率合 成器的设计方案论证与选择 . 4 3.3 控制模块的设计方案论证与选择 . 5 3.4 电源方案的选择 . 5 4 锁相环 . 7 4.1 锁相环的概念 . 7 4.2 锁相环基本框图 . 7 4.3 鉴相器的时序图 . 8 4.4 捕捉带与通频带 . 9 5 单元电路的设计 . 10 5.1 压控振荡器 . 10 5.1.1 压控振荡
8、器 MC1648 . 11 5.1.2 压控振荡电路设计 . 11 5.1.3变容二级管与开关二级管切换电路 . 12 5.2 锁相环式频率合成器的设计 . 12 5.2.1 锁相环控制电路设计 . 12 5.2.2 MC145163 的管脚图与内部组 . 13 5.2.3 MCl45163P 的相位比较器 . 14 5.3 低通滤波器 . 15 5.4 电源电路设计 . 16 5.5 电子控制单元电路（ ECU） . 16 5.5.1 89C52 单片机的管脚说明 . 16 5.6 频率测量显示电路 . 20 6 软件设计 . 21 7 测试结果 . 23 8 结论 . 24 9 参考文献
9、. 25 致谢 . 26 附录：系统原理图 . 27 附录 2：环境参数检测程序 . 28 天津工程师范学院本科生毕业设计 1 1 引言 1.1 一、课题研究意义 随着我们国家社会、经济的飞速发展， 通信技术、数字电视、航空航天和遥控技术的不断发展，且 相关领域的知识体系进 一步完善与拓展，各种类型的现代化通信设备被广泛的运用， 对频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出频率数量的要求也越来越高。为了提高频率的稳定度，经常采用晶体振荡器等方法来解决，但它很难产生多个频率信号。而频率合成技术，可以通过对频率进行加、减、乘、除运算，从一个高稳定度和高准确度的标准信号源，产生大量具有同样高稳定度
10、和高准确度的不同频率。频率合成器是从一个参考频率中产生多种频率的器件。基于频率合成器的这以一特点，利用锁相式频率合成技术，可以制作高稳定度、宽频带的正弦波信号发生器。 鉴于其在通讯、航海、军事 等发面的广泛应用，研究锁相环电路的特性有助于了解和提高锁相环电路的性能指标，使其在各领域得到更为广泛的应用和推广，其 具有很强的实际应用价值 。 1.2 发展的概况 随着科学技术的发展，锁相环 PLL是自动频率控制和自动相位控制技术的融合。其原理在数学理论方面早在 30 年代无线电技术发展的初期就已出现。 1930年已建立了同步控制理论的基础， 1932 年贝尔塞什 (Bellescize)提出了同步检
11、波理论，第一次公开发表了锁相环路的数学描述。用锁相环路提取相干载波来完成同步检波，早期的锁相环路采用电子管且价格昂贵，只能 用在实验装置中，在其他领域未得到广泛应用。电子技术的飞速发展促使锁相环技术的发展进程。特别是由于战争，电子技术在军事领域的重要作用，使得其技术得到显著的提高。 50 年代随着空间技术的发展，由杰费 (Jaffe)和里希廷 (Rechtin)利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器获得成功，并首次发表了包含噪声效应的锁相环路线性理论分析的文章，同时解决了锁相环路最佳化设计问题。 1.3 系统的特点与先进性 本系统具有结构简单、信号稳定可靠、性能价格比高且易于维护，其主要特点体现
12、在： 天津工程师范学院本科生毕业设计 2 1. 采用 AT89S52 单片机完成电 压控制 LC振荡器的控制，实时测量并显示压控振荡器输出频率及输出电压峰 峰值 精度优于 10 ； 2. 用数码管显示器，具有实时显示环境； 3. 输出频率范围： 15MHz 45MHz； 4输出频率稳定度：优于 10； 5 输出电压峰 -峰值： Vp-p=1V0.1V ； 6 采用锁相环提高输出频率稳定度，输出频率步进间隔为 100kHz； 7 频率步长（ step） 10kHz。 本设计利用锁相环技术产生一个失真度小、输出频率稳定，整个课题的设计需要用到锁相环电路、 MC145163 芯片、 AT89S52
13、单片机、 A/D 转换器、放大 器、 LED 数码管显示电路等部分的研究与设计。根据课题设计要求可知该系统需要利用环路滤波器（ LPF）、可变分频器（ N）和压控振荡器（ VCO）电压信号，将放大后的信号送给 换器进行转换，并用 PC 机显示转换后的稳定电压。天津工程师范学院本科生毕业设计 3 数码显示频率 AT89S52 单片机 锁相环 MC145163 鉴频器、分频、锁相环 低通滤 波器 压控振荡器 输出 键盘控制 频率测量电路 A/D 转换 电路 2 系统组成 根据要求设计信号发生器，输出信号为正弦波信号。 图 2-1 系统框图 本设计 采用 锁相环式的频率合成技术，利用锁相环，使输出的
14、正弦波频率与晶体振荡器的稳定度一样。控制部分采用单片机 AT89S52 单片机完成电压控制 LC 振荡器的控制，实时测量压控振荡器输出频率及输出电压峰 峰值 Vp-p=1V0.1V ；并用数码管显示器对频率、电压峰峰值进行时时显示；采用交流电压反馈和 AGC 电路输出稳定电压，实时测量并显示振荡器输出电压峰 -峰值，精度优于 10使其输出稳定的正弦波。 系统框图如图 2-1 所 天津工程师范学院本科生毕业设计 4 3 方案论证与比较 3.1 压控振荡器方案论证与选择 方案 1：采用分立元件构成。利用低噪声场效应管，用单个变容二极管直接接入振荡回路作为压控器件。 图 3-1 压控振荡电路 电路是
15、电容三点式振荡器，如图 3-1所示。该方法实现简单，但是调试困难，而且输出频率不易灵活控制 1。 方案 2：采用压控振荡器和变容二极管，及一个 LC 谐振回路构成变容二极管压控振荡器。只需要调节变容二极管两端的电压，便可改变压控振荡的输出频率。由于采用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。 综上所述，方案 2具有更优良的物性和更简单的电路构成，所以使用方案 2 作为本次设计的方案。 3.2 频率合成器的设计方案论证与选择 方案一 :采用直接式频率合成器技术 ,将一个或几个晶体振荡器产生的 标准频率通过谐波发生器产生一系列频率 ,然后再对这些频率进行倍频、分频或混频，获得大量的离散频率。直接式频率合成器频率稳定度高，频率转换时间短，频率间隔小。但系统中需要用大量的混频器、滤波器等，体积大，易产生过多杂散分量，而且成本高、安装调试都比较困难。 方案二：采用模拟锁相式频率合成器技术，通过环路分频器降频，将 VCO 的频率10 0k10 0k4.7k10 0k10 0k3.3k1k10 00 p68 p0. 01 u5p0. 01 u47 p0.1u1u2S C 19 0 6T1D1AV C C
