高频信号源的设计与制作原理

课程设计报告

题目: 高频信号源的设计与制作原理

所属系 电子工程系 专 业 电子信息工程 学 号 01409227 姓 名 丁亚 指导教师 丁文秋

起讫日期 2011.6.25—2011.7.15 设计地点 东南大学成贤学院

东南大学成贤学院课程设计论文

高频信号源的原理与制作

摘要

关键词：高频 频率源 信号合成 课程背景：

随着社会的发展，通讯工具在我们的生活中的作用越来越重要。通信工程专业的发展势头也一定会更好，为了自己将来更好的适应社会的发展，增强自己对知识的理解和对理论知识的把握。

无线电设备中广泛使用各类频率源，通常一个无线电通信系统或网络需要大范围能任意切换的频率点，需要采用频率合成技术来实现。频率合成技术是现代通信对频率源的稳定度、准确度、频谱纯度及频带利用率提出愈来愈高要求的产物。它能够利用一个高稳标准频率源合成出大量具有同样频率标准高性能的离散频率。

单片机在数字时钟中的应用已是非常普遍的，由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。

本次设计是利用高频合成技术和单片机的计时功能，本文详细阐述了高频信号源的设计过程，涵盖了从需求分析，系统设计，编程，原理图，PCB图以及最后的试验板焊制等基本过程。

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Principle and Production of High-frequency Signal Generator

Abstract

In the field of communications, PLL synthesizers playing an increasingly important role. Synthesis is a system, initially the frequency of a series of reference for the entire frequency several times, the reference frequency is usually fixed. This synthesizer called integer N Synthesis. Synthesis technology is constantly advancing, there are a lot of new frequency synthesizer circuit, and in the communications circuits are widely used.

This design is utilizing the SCM to work, among which the SCM AT89C51 is the core element. Meanwhile, LED digitron monitor dynamically to be designed ,invented, watched , texted.

Radio equipment widely used in various frequency source, usually a radio communications system, or network requires a large range of arbitrary switching frequency point, require the use of frequency synthesis technology. Frequency synthesis technology is a modern communications on the frequency stability, accuracy, spectrum utilization for purity and moved more and more demanding products. It can take advantage of a high standard frequency synthesis out of a large number of sources with the same frequency standard high-performance discrete frequency.

SCM in the application of digital clock is already very widespread, the MCU core as a digital clock, you can pass it to the controller of the clock signal timing features, its time data output by the microcontroller, the use of the monitor is displayed.

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This design is the use of high frequency synthesis technology and single chip timing functions, this article details the design of high-frequency signal source, ranging from requirements analysis, system design, programming, PCB diagram schematic diagram, as well as the final test of the basic plate welding system. Keywords: frequency synthesis technology for high-frequency signal source SCM

Keywords: phase locked loop (PLL)；PROTEL；PCB CARD；Synthesis

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目 录

高频信号源的原理与制作 ........................................................................................................................ I Principle and Production of High-frequency Signal Generator ........................................................................ I Abstract ................................................................................................................................................... I 第一章 课程背景 .............................................................................................................................. 1

1.1 高频信号源 ....................................................................................................................... 1

1.2锁相环 ............................................................................................................................... 2 1.3单片机 ............................................................................................................................... 2 1.4频率合成器 ........................................................................................................................ 5

第二章 课程目的 ................................................................................................................................... 9

2.1树立正确的设计理念 .......................................................................................................... 9 2.2学会项目的设计流程 .......................................................................................................... 9 2.3养成良好的研究习惯 .......................................................................................................... 9 2.3巩固与知新 ......................................................................................................................... 9

第三章 课程任务 ..................................................................................................................................10

3.1 基本元器件认识 ...............................................................................................................10

3.2 高频信号源的制作............................................................................................................10

第四章 课程介绍 .................................................................................................................................. 11

4.1PLL频率合成 ..................................................................................................................... 11

4.1．1 LC正弦振荡器电路 ................................................................................................12 4.1．2环路滤波器 ............................................................................................................13 4.1．3锁相频率合成器 .....................................................................................................15 4.2频率设置及显示电路 .........................................................................................................16 4.3输出电路 ..........................................................................................................................17 4.4电源部分 ..........................................................................................................................19

第五章 调试总结 ..................................................................................................................................19

5.1调试电路 ..........................................................................................................................19

5.1．1压控振荡器电路的调试 ...........................................................................................19 5.1. 2分频方波信号的观察 ..............................................................................................20 5.1. 3场效应管静态工作电压调试 ....................................................................................20 5.1. 4输出波形及显示电路调试 .......................................................................................20 5.2实验总结 ...........................................................................................................................21

5.2. 1设计步骤 ................................................................................................................21 5.2. 2布局原则 ................................................................................................................21 5.2. 3焊接问题 ................................................................................................................22

5.2. 4调试问题 ................................................................................................................22

第六章 PROTEL 99SE 介绍 ....................................................................................................................22

6.1 PROTEL99SE的运行环境....................................................................... 错误！未定义书签。 6.2电路工程设计部分 ............................................................................... 错误！未定义书签。

6.3电路仿真与PLD部分 ............................................................................ 错误！未定义书签。

第七章 心得体会.................................................................................................................................22 附录......................................................................................................................... 错误！未定义书签。

原理图 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。

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PCB ..........................................................................................................................................24 C语言源程序 ............................................................................................................................25

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第一章 课程背景

1.1 高频信号源

无线电设备中广泛使用各类频率源，比如发送设备中要采用振荡器产生高频正弦波，二接收设

备中要采用振荡器产生本地振荡信号用于混频。这里的振荡器是一种无需输入激励信号就能自动产生交流信号的装置。

通常一个无线电通信系统胡网络需要多达几十~几千个以上的能任意切换的频率点，这就需要采用频率合成技术来实现。频率合成技术是现代通信对频率源的稳定度、准确度、频谱纯度及频带采用率提出愈来愈高的要求的产物。它能够利用一个高稳标准（或参考）频率源（如石英晶体振荡器）合成出大量具有同样频率标准高性能的离散频率。

根据任务拟定的设计图。 参考振荡器 参考分频器（÷R）低通滤波器LM358压控振荡器9018双模前置分频器÷（p/p+1)MB504L输出级9018 频率合成器145146 可变分频 ÷器（A）

鉴相器输出缓冲可变分频器（÷N）频率显示按键单片机1

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1.2锁相环

基本锁相环的组成：

注：环路锁定时，鉴相器的两个输入信号的相位差恒定

锁相频率合成器的核心组成部分式锁相环路。锁相环路（PLL）是一种相位负反馈控制系统，它利用输出与输入量之间的相位误差来实现输出频率对输入频率的锁定，即“锁相”，实现锁相的方法称为“锁相技术”。

锁相环路的基本组成框图如图3.1所示。它由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。

1.3单片机 1.3.1单片机的概念:

单片机是一种大规模数字集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）、随机存取数据存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O）,以及定时/计数器、串行通信口（SCI）、显示驱动器（LCD或LED驱动电路）、脉宽调制电路（PWM）、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一片芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。它们之间相互联系的结构框图如图1.1所示。

1.3.2单片机的特点：

单片机是把微机处理器、存储器、I/O接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。它的基本组成和基本工作原理与一般的微型计算机相同，但在具体结构和处理过程上又有自己的特点，其主要特点如下： （1） 在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛结构。ROM和RAM是严格分开的。ROM称为

程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格。RAM称为数据存储器，用作工作区及

存放数据。程序存储器和数据存储器有片内和片外之分，而且访问方式不相同。因此单片机的存储在操作时分为片内程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。

（2）

在芯片引脚上，大部分采用分时复用技术。单片机芯片内集成了较多的功能部件，需要的引脚信号较多。但由于工艺和应用场合的限制 ，芯片上引脚数目又不能太多。为了解决这一矛盾，一根引脚往往设计了两个或多个功能。每条引脚在当前起什么作

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（3）

用，由指令和当前机器的状态来决定。

在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（SFR）的形式。在单片机中，微机处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等资源是用特殊功能寄存器的形式提供给用户。用户对这些资源的访问是通过对对应的特殊功能寄存器进行访问

（4）

实现的。

在指令系统上，采用面向控制的指令系统。为了满足控制系统的要求，单片机有很强的逻辑控制能力。在单片机内部一般都设置有一个独立的位处理器，又称为布尔处理器，专门用于位处理。

内部一般都集成一个全双工的串行接口。通过这个串行接口，可以很方便的和其他外设进行通信，也可以与另外的单片机或微型计算机通信，组成计算机分布式控制系统 单片机有很强的外部扩展能力。在内部的各功能部件不能满足应用系统要求时，可以很方便地在外部扩展各种电路，它能与许多通用的微机接口芯片兼容。

（5） （6）

CPU ROM RAM 定时器/ 时钟 计数器 I/O接口

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P0.0~0.7 P2.0~2.7 VCCGND RAM地址寄存器 P0口驱动器P2口驱动器RAM P0口锁存器 P2口锁存器 Flash 程序地址 寄存器 缓冲器SP 程序计数器（PC） 程序增量器（PC）双数据 指针 ACC B寄存器TMP2TMP1 ALUPSENALE/PROGEA/VPPRST定时 与控制指令寄存器看门狗PSW 中断、串行定时/计数器 端口模块 P3口锁存器 P1口锁存器 ISP口 编程逻辑振荡器XTAL1XTAL2P3口驱动器 P1口驱动器 P3.0~3.7P1.0~1.7

1.3.3 AT89C51的单片机简介

AT89C51 是美国ATMEL公司生产的，一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 AT89C51单片机的主要特性：

（1）8位字长的CPU；

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AT89S52T2/P1.0T2EX/P1.1P1.2P1.3P1.4MOSI/P1.5MISO/P1.6SCK/P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT1/P3.3INT0/P3.2T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1GND12345678910111213141515171819204039383736353433323130292827262524232221VCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8

（2）可在线ISP编程的8KB片内flash存储器

（3）256B的片内数据存储器；

（4）可编程的32根I/O口线（P0~P3）； （5）4.0V~5.5V电压操作范围 （6）3个可编程定时器；

（7）双数据指针DPTR0和DPTR1；

（8）具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断系统； （9）可在空闲和掉电两种低功耗方式运行； （10）3级程序锁定位；

（11）全双工的UART串行通信口； （12）1个看门狗定时器WDT；

（13）具有断电标志位POF；

（14）振荡器和时钟电路的全静态工作频率为0~30MHz； （15）与MCS-51单片机产品完全兼容。

1.4频率合成器

1.4.1锁相环路频率合成器的组成与工作原理 （1）直接分频式锁相频率合成器

直接式频率合成器构成如图3.2所示。它仅在锁相环的反馈支路中插入一个可编程控制的分频器（N）。

如图所示，高稳定度参考振荡信号经R次分频后，得到频率为fR的参考脉冲信号。同时压控振荡器输出经N次分频后得到频率为fN的脉冲信号，它们通过鉴相器进行比相。当环路处于锁定时，fR=fN=f0/N，则：

fo?NfN?NfR

显然，只要改变分频比N，即可达到改变输出频率fo的目的，从而实现了由fR合成fo的任务。在该电路中，输出频率点间隔?f?fR

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2.3.3 直接式频率合成器的组成:

1.4.2 吞脉冲式频率合成器的组成:

fo?NfN?NfR吞脉冲分频式频率合成器：

在实际应用中，特别在超高频工作情况下，为降低N分频器的输入频率，通常在N分频器与压控振荡器之间插入高速前置分频器）（÷P）以后，使频率合成器的输出频率点间隔扩大了P倍，这是我们所不希望的结果。

为了在给定的频段内合成更多的离散频率点，需减小上述方案之频率点间隔PfR。为此，在实际通信设备中通常采用双模前置分频器（÷P/（P+1））和含有吞食计数器的可编程分频器。其构成框图如上图所示，一般称它为吞脉冲PLL频率合成器。

通常N计数（分频）器的级数大于A计数器的级数，即N>A。在计数循环开始时，模式控制信号MC=0，前置分频比为P+1，这样A计数器每次比另一前置分频模式（P）多吞食一个脉冲。由于N、A计数器同时开始计数，A先计满，输出使模式控制逻辑状态变为MC=1，前置分频比变为P，直到N计数器计满，输出将模式控制逻辑重置成MC=0状态。这样，计数链路的总分频比是：

N??A(P?1)?P(N?A)?PN?A

fo?(PN?A)fR?PNfR

?AfR

可见，吞脉冲式频率合成器的输出频率点间隔仍然为fR

1.4.3 MC145146并行码输入集成锁相环频率合成器

MC145146的内部组成

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MC145146是由四位总线输入，锁存器选通和地址编程的大规模单片集成锁相环双模频率合成器。图3.4给出其方框图。

MC145146内含有三个计数器，其中10位÷N（N=3～1023）计数器和7位÷A（A=3～127）计数器组成吞脉冲程序分频器，12位÷R（R=3～4095）计数器为参考分频器，12位÷R（R=3～

4095）计数器为参考分频器。

地址码与锁存器的选通关系见下表

MC145146的内部框图

表3-1 MC145146地址码与锁存器的选通关系

A2 A1 A0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 20、

1 1 1 被选锁存器 0 1 2 3 4 5 6 7 功能 ÷A ÷A ÷N ÷N ÷N ÷R ÷R ÷R D0 D1 D2 D3 0 1 2 3 4 5 6 - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 的引脚 ·引脚1、2、

MC145146

19（D1、D2、D3、D4）：数字输入端，将输入信号交流耦合到此引脚，其输入信

号频率应小于30MHz；

·引脚6、4（VDD、VSS）：正电源与负电源，通常VSS接地。 ·引脚11、10、9（A2、A1、A0）；参考地址码输入端，用于选择内部锁存器； ·引脚17、16（ΦR、ΦV）：鉴相器双输出端，用于输出环路误差信号；

·引脚14（MC）为模式控制端，输出的模式控制信号加到双模前置分频器，即可

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以实现模式变换；

·引脚7、8（oscin、oscout）为参考振荡端，当两端接上一并联谐振晶体时，便组成一个参考频率振荡器； ·引脚3（fin）：输入端，将前置分频器的输出信号交流耦合到此引脚，其输入信号频率应小于30MHz；

·引脚15（fv）：输出端，该信号是经N分频器分频后输入到鉴相器信号。 ·引脚18（fR）：输出端，该信号是参考振荡器产生的信号经R分频器分频的信号，也是鉴相器的另一个输入信号。

·引脚13（LD）：为锁定检测端，用于检测锁定，当环路锁定时，LD为高电平，当环路失锁时，LD为低电平。

·引脚5（PDout）：鉴相器单输出端，用于输出环路误差信号。 ·引脚12（ST）：启动输入端。

MC145146的基本特性：

（1） R分频器分频比变化范围为3～4095； （2） N分频器分频比变化范围为3～1023； （3） A计数器分频比变化范围为3～127； （4） 编程控制方式：并行码分布输入； （5） 最高输入与振荡频率：>30MHz；

（6） 参考信号为片内振荡或外接输入，鉴相特性为线型； （7） 电源：+5V； （8）工艺：CMOS；

（9）封装：20引线双列直插。

显然，MC145146在实际应用时需外接环路滤波器LF、压控振荡器VCO和双模前置分频器。

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第二章 课程目的

2.1树立正确的设计理念

什么是好的电路设计？

在满足产品性能指标的前提下，追求电路简单、成本低、可靠性高、

2.2学会项目的设计流程

学会理解指标、分解指标、确定指标（自上而下，层层分解、确定指标）；

2.3养成良好的研究习惯

习惯成自然，好习惯使你受益终身

2.3巩固与知新

子曰：学而时习之 不已悦乎 温故而知新

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第三章 课程任务

3.1 基本元器件认识

常见元器件基本知识，学会辨识常见元器件，了解常见基本元件的封装、参数，掌握元器件的选型。

（1）电阻识别（色环标称法）

（2）共阳数码管公共端的辨别

（3）二极管极性判别

（4）开关按键常开常闭管脚的判断 （5）电容识别 （6）元件封装 （7）元件选择

3.2 高频信号源的制作

1基本设计指标 2. 设计要求： 3、制作要求

①自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

4、编写设计报告

①写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 5、答辩

①在规定的时间内，完成叙述并回答提问

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第四章 课程介绍

本次设计主要由PLL频率合成，输出电路，频率设定与现实电路三个基本部分组成。

4.1 PLL频率合成 4.1a基本锁相环的组成：

注：环路锁定时，鉴相器的两个输入信号的相位差恒定

锁相频率合成器的核心组成部分式锁相环路。锁相环路（PLL）是一种相位负反馈控制系统，它利用输出与输入量之间的相位误差来实现输出频率对输入频率的锁定，即“锁相”，实现锁相的方法称为“锁相技术”。

锁相环路的基本组成框图如图3.1所示。它由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。

4.1b锁相环路频率合成器的组成与工作原理 （1）直接分频式锁相频率合成器

直接式频率合成器构成如图3.2所示。它仅在锁相环的反馈支路中插入一个可编程控制的分频器（N）。如图所示，高稳定度参考振荡信号经R次分频后，得到频率为fR的参考脉冲信号。同时压控振荡器输出经N次分频后得到频率为fN的脉冲信号，它们通过鉴相器进行比相。当环路处于锁定时，fR=fN=f0/N，则：

fo?NfN?NfR

显然，只要改变分频比N，即可达到改变输出频率fo的目的，从而实现了由fR合成fo的任务。在该电路中，输出频率点间隔?f?fR

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4.1．1 LC正弦振荡器电路

+9VL31+CE3110uFC311041mHC32104+CE3210uFR3147kR33100GNDC35VCO MIDV VCOC33Q5011049018104D31L321mHL330.22uHD33R3247kCV3110-50PC34360R34100D32D34GNDGND

（1）电路原理：

①低通滤波器的输出通过高频扼流圈L32加至变容器两端，使其结电容随着相应发生变化，从而进一步使以Q501为核心的电容三点式振荡器的输出频率随之变化，实现压控。

（2）电路参数：

①电源电压9V，三极管选择S9018，特征频率为1100MHz。

②CE31、CE32、C31、C32、L31为稳压输入电路，组成π型滤波，可防止交流电流流过电源。保证

输入+9V电压不变，为Q501提供静态工作电压。

③L32为扼流线圈，防止高频振荡信号进入控制信号源。R31、R32、R33、R34为三极管静态工作点控制电路。

④振荡回路中D31~D34对于直流信号不能形成通路，却能满足交流电容量的要求。 振荡频率

f0=

12?LC?。

其中，C?为C34、CV31串联再和4个变容个二级管等效电容值f0=28~34MHz。 振荡回路特性阻抗

。

由于空载品质因数（Q0??0L/r）与有载品质因数（Qe?R/?0L），特性阻抗选取100Ω。

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上述分析可得下列二式：

联立方程可得：。实际取值L=0.22?H ：

从减小三极管和负载对振荡回路影响的角度考虑，可选系数： 取值：CV31max=50pF；C34≈200pF；实际取值C1=360pF

若振荡频率的实际结果与期望值有误差，可通过调整电感或电容参数来解决。

Cj/pF

-30 -3 0 18 3 u/V

4.1．2环路滤波器

变容管压控特性

（1）基本特性：

在锁相环路中，环路滤波器实际上就是一个低通滤波器，其作用是滤出除鉴相器输出的误差电压Ud中的高频分量和干扰分量，得到压控电压Uc。常用的环路滤波器有RC低通滤波器，无源比例积分滤波器及有源比例积分滤波器等。 （2）电路设计

① RC低通滤波器

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图3.6为一阶RC低通滤波器，它的作用是将ud中的高频分量滤掉，得到控制电压uc它的传输函数为

式中，??RC为时间常数。

由此绘出一阶低通滤波器的幅频特性如图3.7所示：上限截止频率为fH，通频带fBW?fH。

②无源比例积分滤波器

如图3.8所示，无源比例积分滤波器的传递函数为

由上式可以看出，当?很高时，滤波器的传输函数近似为

成比例特性。这就是比例积分滤波器名称的由来。 ③有源比例积分滤波器

如图3.9所示，若设运放为理想运算放大器，则i1?i2（虚断） 即：

udR1??ucR2?1j?C1j?C则可得

F3(j?)?14

uc(j?)ud(j?)?(R2??R1)??j??2?11j??

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④环路滤波器LF

设环路滤波器的上限截止频率为fH，从滤波的角度考虑，应有。 若选简单RC低通滤波器，则有：fH?12?RC

取fR?10?103?1000fH?1000/(2?RC)，则RC?1/(20?)?15.9(ms) 取C?10?F，则R?1590?。

这里选RC有源比例积分滤波器作环路滤波器，取R?1590?，R1?1k?，R2?10k?。

运算放大器可选单电源运放LM358。

（3）实际电路

4.1．3锁相频率合成器

（1）基本电路

（2）工作原理

N计数器级数大于A计数器（N>A）。计数循环开始，模式控制信号MC=0，前置分频为P+1级分频（÷（P+1））。A计数器计满后，MC信号置为1，前置分频÷P，N计数器接着之前计数。前置分频为P+1时，计数A次；前置分频为P时，计数N-A次。

计数链条总分频比为：

N=A(P+1)+P(N-A)=PN+A

f0=( PN+A)fR

此外，来自压控振荡器和双模前置分频器的输入信号fin同时加到A和N计数器进行计数分频。输入D1、D2、D3、D4在地址码A2~A0控制下设置A和N，分别控制两计数器的分频比。由于N>A，A计数器先计满，输出脉冲使双模双模控制逻辑MC由0变1，N计数器继续计数直到计满，MC重置为0状态，

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并将两计数器同时复零。

R、N计数器的输出（A、B）同时送到鉴相器进行锁相状态检测。输出?R、?V 分别反映信号AB间超前与滞后情况。两电压经过低通滤波器去控制VCO的震荡频率以改善锁相状态，直到环路处于锁定状态，即fR=fV，?R=?V。7、8脚电压维持在高电平，锁相状态检测输出LD为高电平，LED灯亮。 （3）145146频率合成器

①内部组成：MC145146是由4位总线输入，锁存器选通和地址编程的大规模单片集成锁相环双模频率合成器。

②芯片引脚：

引脚1、2、20、19（D1、D2、D3、D4）：数字输入端，将输入信号交流耦合到此引脚，其输入信号率应小于30MHz;

引脚11、10、9（A2、A1、A0）：参考地址码输入端，用于 选择内部锁存器；

引脚17、16（ФR、ФV）：鉴相器双输出端，用于输出环路 误差信号；

引脚14（MC）为模式控制端，输出的模式控制信号加到双模前置分频器，即可以实现模式变化。

引脚7、8（OSCin、OSCout）为参考振荡端，当两端接上一并联谐振晶体时，便组成一个参考频率振荡器。 引脚3（fin）：输入端，将前置分频器的输出信号交流耦合到此引脚，其输入信号频率应小于30MHz 引脚15（fv）：输出端，该信号是经N分频器分频后输入到鉴相器信号。 引脚18（fR）：输出端，该信号是参考振荡器产生的信号经R分频器分频的信号，也是鉴相器的另一个输入信号

引脚13（LD）：为锁定检测端，用于检测锁定，当环路锁定时，LD为高电平，当环路失锁时，LD为低电平。

引脚5（PDout）：鉴相器输出端，用于输出环路误差信号 （4）双模前置分频器

MB504L是由富士通生产的双模前置分频器，分频比为32/33或者64/65。由MC145146内的鉴相器、运放LM358组成的有源低通滤波器和三极管9018构成的压控振荡器组成锁相环，再与MC145146内参考频率固定分频器、外部信号固定分频器和MB504L组成频率合成器。 ①基本电路： ②基本特性：

合成原理N?=A(P+1)+P(N－A)=PN+A

fo=(PN+A)fN=PNfR+AfR

用MB504L实现，与N计数器和A计数器一起构成吞脉冲程序分频器。

引脚6、4、（VDD、VSS）：正电源与负电源，通常VSS接地；

4.2频率设置及显示电路 （1）按键开关

采用单键开关设置频率，S1——频率增加10KHZ, S2——频率增加100KHZ, S3——频率增加1MHZ 显示为十进制，分频控制为二进制。

（2）LED数码管显示

单片机的P1口用于控制4位LED的段选码；P2口的P2.0-P2.3用于控制4位LED位选码。由于所有的段选码连在一起，所以同一瞬只能显示同一种字符。

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单片机内部烧录的程序使P10~P18管脚输出一位数字的段码，P00~P03管脚输出数据D0~D3，P20~P22输出地址到A0~A2，P33输出到ST，P34~P37输出位码。单片机振荡时钟信号由晶振Y2、电容C61、C62产生，其频率为12MHz。由于单片机为输出开路型，P00~P07口接1kΩ排阻，起上拉电阻作用。输出位码同时送至四位数码显示，但由于段码控制，每次只有一位数字的共阳端接高电平，既每次只有一位数码显示。

（3）共阳数码管显示电路

电路采用动态显示方式以减小显示电路的电流，减小功耗。

其原理是：每次只显示一位数字，但每位数字间显示间隔短，视觉上四位数字同时亮。四位数字七段显示a~g管脚对应连接，与单片机P0口相应输出端相连。每次单片机输出的八位二进制段码分别送给四位显示器，但由于位码每次保证只有一位输出高电平，每次只有一位数字的LED灯亮。输出的位码使四位显示轮流接高电平既轮流显示各位数字。

（4）5.2.3 驱动器 图5.2.3 驱动器

GNDc1c2c3c43Q61Q621COM1COM2Q63Q64COM3COM4 CBEPNPPNPPNPPNP2+5Vf98g2f2fe76543219876543a2b2coma1b1g2a2b2comcomacomagaaggdbcdpfebcdpfegdbcdpfeddcpd22g1cpd11cpd2210111213141516171810111213141516cpddcpd由于单片机输出电流较小，不足以驱动七段共阳数码管，采用PNP管作为驱动器，对单片机输出电流 放大，减小单片机电流负载。以Q61为例：当单片机输出位码COM1为低电平时，三极管道通，输出C1

为高电平，显示一位数字。

4.3输出电路

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cpddedgcdgeeeR6141k1718cpd11e2d2e1d1e2d2e1d1g1a1b1bcdpf1f2f1J321J4gbac4c3afbfagbc2c1fba东南大学成贤学院课程设计论文

C41104L41DG2G1SVCO MIDGND+9VR414.7KL424.7uHRV1104G2L43ZK 1uH1uHQ13SK122CV419-50C42104R42100CV429-50GND GNDGND（1） 场效应管： 隔离放大，在外加电压时调节可变电阻RV1用万用表测量源极静态工作电压为4.5v

（2） 射极输出器：

ZK

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GND+9V+R5112KC52391CE5110uC54103GNDC51Q09018J1103R5430R5320012R5212KC55391C53103东南大学成贤学院课程设计论文

在电路J1两端并联一可调电阻测量电阻两端电压。调节电阻阻值使交流电压表示数为断开电阻直接测量的输出电压值的1/2，即可保证电阻阻值与输出交流阻抗相等。最后，断开电路，单独测量可调电阻阻值既得输出交流阻抗大小。由于电路频率较高，万用表测量频率不能达到要求，测量时选用交流毫伏表。

4.4电源部分

9V稳压电源输入

1J021GND+9VR71+9V4.7KD71ALEDU4LM7805CT21VinGNDKGNDR721247+5V3+5VC71+CE7147310u+CE7210u2C72473

图5.4.1 电源输入 电源显示电路，其中R72为限流电阻。 变压，为电路中各芯片提供5V电压 保证输出5V不变。

其中R72选用功率1W的电阻，阻值10Ω以保护LM7805CT。并联电容可减少电源电压变化的影响，

GND第五章 调试总结

5.1调试电路

5.1．1压控振荡器电路的调试

要对压控振荡器进行调试，必须先保证压控振荡器在压控信号为零时(即不加控制电压时)的输出频率为28—34MHz，即电源接+9V，C35右管脚输出信号的频率最小为为38.7MHZ。远远大于要求的28—34MHZ的最大值34MHZ，没有达到要求。经过计算当L33=0.44uH时的震荡频率大约28MHZ。于是在原有L33(0.22uH)的基础上串联了一个0.22uH后，在压控电压为0V时，输出信号的频率最小为36MHZ，还是偏大，于是在L33上并联了一个C331=30p后，输出信号的频率最小为27.2MHZ，调节CV31可使频率达到28.0MHZ—32MHZ

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的范围。此时峰峰为2.45V,满足了要求。此后进行压控振荡器的调试。在L32一端加上控制电压（从0v-7v变化）输出信号的频率如下表所示：（输出信号都是正弦波）

压控电压VCO/V 0 1 2 3 5 6 7

0.3508 0.3372 0.3275 0.3194 0.3089 0.3058 0.3030 28.50 29.65 30.53 31.30 32.37 32.70 33.00 V 振荡周期t/us 振荡频率/MHz 5.1.2分频方波信号的观察

在无压控信号的条件下，测得分频器OUT频率为428.6KHZ，得分频比为65，峰峰值为1.72V。 5.1.3场效应管静态工作电压调试

在无压控信号下，测量场效应管漏极电压Ud，开始发现数据较大，经调节可调电阻后达到了4.5V，保证了场效应管的最大输出幅度。

5.1.4输出波形及显示电路调试

一开始将输出信号出时，发现其峰峰值比较小。先将频率调到中心频率点30MHZ，通过调节CV42将峰峰值调到最大，使锁存频率范围尽量大，准确性更高。另外也排除由于峰峰值太小而失锁的情况发生。通过调试得到锁存范围为27.5MHZ--32.5MHZ.开关工作正常。

锁存频率值（/MHZ） 起始点27.5 28.0 中心点30.0 31 结束点32.5 20

（out）信号峰峰值（/V） 1.08 1.12 1.44 1.24 1.08 东南大学成贤学院课程设计论文

随着频率的上升峰峰值先上升到最大值后逐渐下降到最小值。 而确定锁存的频率时，对应L32上的压控电压情况如下表：

确定的频率值（/M） 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0 30.5 31.0 31.5 32.0 32.5

此时测得L32上的控制电压值（/V） 0.43 0.68 1.10 1.61 2.27 2.90 4.04 5.12 6.57 6.60 6.69 5.2实验总结

5.2.1设计步骤

1，根据设计任务拟定设计框图, 2，分解框图，分为几个部分 3，每个部分单独研究设计

5.2.2布局原则

根据通用印制板的特点，将元器件合理布局。

1)元器件的识别方法。如电阻的阻值的确定（色环电阻）、 电容容量的确定、电解电容的正、负极如何判断，三端稳压器

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的管脚的识别等。

2)元器件整形的基本方法介绍。（特别是三端稳压器的整形） 3)绘制元器件布局、布线图。 依据原则：

①依据信号的流向（电源、地线为较粗的线） ②所实现的功能相近的电路模块或器件靠近放置。 ③美观、整齐、均匀且走线尽量短。

5.2.3焊接问题

焊点均匀饱满，不虚焊、不漏焊。

5.2.4调试问题

1.仔细检查电路的正确性，如4个变容二极管的焊接方向是 否完全正确？电解电容的正、负极是否焊接正确？三端线 性稳压器的三个管脚是否接入正确？

2.加入电源电压9V，在L32的 上方加入直流电压（0～7V） 3.测试输出电压波形值并记录。 4.若不正确，则仔细检查电路故障。

第六章 PROTEL 99SE 介绍

第七章 心得体会

本次高频信号源的课程设计，从焊接开始。前三天主要以焊接为主，由于大二焊接收音机的经验，这次的焊接一开始有点生疏，慢慢的就进入了状态。准确性是关键，胆大心细。即要找对元件，有要焊的快而好。由于自己的疏忽，焊接Q301三极管时把与三极管长的很像的Q501焊接了上去。导致在检验振荡器的时候纠结了好久。之后比较顺利的完成了其他电路部分的测试。刚开始由于振荡频率太大，只好想了办法把电感变大，后来还是将C331并了上去，后基本达到了要求。测试的时候不能急躁，发

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现问题，等冷静找出是哪个部分出现了问题，再寻找解决的办法。比如说：

a, 发光二极管不亮，先检查电源，在用万用表检测发光二极管两个脚是否短接了。

b,振荡器不起振，首先检测三极管Q301是否工作正常，检测其三个引脚的电压来判断是否正常，若正常。则通过调节CV31确定是否可以起振。这样一步步问题得到解决

c,不分频，先检查MB504L的VCC是否为5v，在检测145146是否正常工作。等等诸如此类的问题。测试的过程中，同学中有出现无法锁存的情况，后一同学习，研究钻研后，发现是由于AT89C51的排阻接反了，还有的是芯片坏了。共同学习时，发现有些问题并不是从表象的原因就可以解决，有的还要需要自己一步一步向上一个电路部分查找原因。硬件的测试多而繁琐，需要耐心与恒心，才能最终解决问题。调试过程中学到了书本上学不到的知识，对硬件的研究也有所了解。

PCB版的设计与制作过程中自己也学到了不少。 从刚开始建立的设计电路原理图，其中需要自己做的元件充分锻炼了自己的能力。设计元件是要严格按照参数设计，对于该出节点的地方要出节点，否则导入PCB的时候则会无飞线。而常见的问题有元件连接间无节点，设计元件时尺寸要合理。导入PCB的时候容易出现的问题是网络报表错误太多，如要将发光LED的1改为A,2改为K。导入PCB布线也颇具挑战性，要有耐心，利用工具栏的功能熟练布线，对于一些缠绕的比较严重可手动进行调整。有时候由于软件的问题很多不可思议的问题，要有信心自己解决。将近20天的课程设计让我体会到了硬件设计的艰辛。磨练了意志，增强了吃苦耐劳的精神。

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PCB

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