电子工程师论文数控频率合成器

　　摘要：频率合成是指对一个高精度高稳定度的标准信号频率，经过一系列算术运算，产生有相同稳定度和精确度的大量离散频率的技术。频率合成器是从一个或多个参考频率中产生多种频率的器件。

　　关键词：数字控制器,频率合成器,伪码发生器,电子论文发表

　　一.选题背景

　　在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号源。尤其是随着通信业的发展，频道的分布日趋密集，要求有高精度、高稳定度的通信频率。为解决这个难题，人们提出频率合成器的方案。频率合成技术是产生频率源的一种现代化手段，它已广泛应用于通信、导航、电子侦察、干扰与反干扰、遥控遥测及现代化仪器仪表中。

　　二.制作过程

　　(一) 概述

　　整个电路由电源、数字信号标频源、数字控制器、伪码发生器，锁相式数字频率合成器和频率显示器组成。数字标频信号产生电路中包括振荡电路(产生4.096MHz的方波信号，提供给分频器)、开关控制电路(控制频率输出)以及分频电路。分频电路分出的各种频率的方波信号，其中，1Khz的方波信号作为参考标频送到频率合成器中的相位比较器，其余作为时序控制信号经开关控制电路送到数字控制器，通过调整模拟开关的高低电平控制输出。数字控制器根据接受到的时序信号产生控制信号，分别输送到数字频率合成器的相位比较器和伪码发生器，控制频率输出和跳频跳速。数字频率合成器产生频率并输出。伪码发生器根据控制信号产生伪码序列，控制跳频跳速。

　　(二)数字式标频信号产生电路

　　数字标频信号源是整个电路的外置部分，用以提供电路需要的特定的方波信号。此电路由三级分频器和开关控制电路组成，常用的分频器设计有利用4522即可预置的二—十进制计数器组成的可编程的分频器，分为一级可编程序分频器、多级可编程序分频器。

　　(三)工作原理

　　本电路使用4046锁相环电路的VCO压控振荡器作基本电路。先对该芯片的外引线排列管脚作一简要介绍，然后再分析本电路的工作原理。

　　①4046功能框图：

　　②VCO压控振荡器：

　　所谓压控振荡器就是振荡频率受输入电压控制的振荡器。

　　4046锁相环集成电路内部的VCO是一个线性度很高的多谐振荡器，它能产生很好的对称方波输出。电源电压可工作在3—18 v 之间。本电路取+5v电源。该VCO是一种CMOS数字门型的压控振荡器。它利用门电路组成的RS触发器控制一对开关轮番的向定时电容C1正向充电和反向充电，从而形成自激振荡，振荡频率与充电电流成正比，与C1的容量成反比，而且与电源电压有关，与外接电阻R1/R2的比值也有关(其中R1、C1共同决定VCO的中心频率，R2可改变中心频率和频率控制范围)。在本电路中，R1取10K，C1取12P，R2取100K。

　　③相位比较器2(PD2)：

　　相位比较器2是由输入信号PHi1 、PHi2上升沿控制的数字储藏网络，它是由门电路、RS触发器和三态P、N沟道管输出级构成。由于该相位比较器不要求两输入信号波形的占空比为50%，而是仅在PHi1 、PHi2上升沿起作用，故与占空比无关。

　　④环路低通滤波器(LPF)：

　　相位比较器2输出的相位误差电压是周期性脉冲波形，需要使用环路低通滤波器将它平滑后输出一个直流控制电压，去控制VCO的频率和相位，使之向减小误差方向变化，从而消除频差与相差达到锁定状态。环路低通滤波器由外接100K欧电阻、5.1K欧电阻和0.068UF电容组成无源比例积分滤波器。

　　⑤两级可编程序分频器：

　　本电路使用可预置数的二十进制1/N计数器4522，如下图：

　　多级级联可按下述原则连接：将高位计数器的Oc输出端连接到比它低一级的计数器的CF端;最低位计数器的Oc输出端接到包括它本身在内的所有各级的PE端;最高位计数器的CF端接高电位。输入信号频率送到最低位计数器的CL端，低位计数器的Q4输出接到比它高一位的CL输入端。

　　⑥可编程序的减数器(一个周期)：

　　本电路仍然使用4522，是它的另外一种用法实现连续自减计数功能，其输出端与2864地址线相连送出地址。电路工作过程大致如下，级联端CF接高电平，Oc输出端反馈到预置端PE，预置端D1- D4按预置送出的初地址至2864。当计数器在时钟脉冲作用下作减法计数时，一旦Q1-Q2使都变为“0”电平时，Oc输出就跳变为“1”，并反馈到PE端，于是就自动地把预置数N送入计数器，重新开始计数，从而实现连续的减法计数。输入CP的不同频率的脉冲，使计数器产生不同的速度计数输出。在跳频跳速控制器中，通过改变不同的CP脉冲也可改变频率合成器的频率输出速率，实现部分跳速控制。

　　频率合成器的工作原理如下：

　　程序分频器是锁相环数字式频率合成器的主要单元之一。本电路采用反馈封锁的办法，实现了使用极少的器件控制众多频率的灵活转换的功能。使用二级可预置分频器，采用可预置BCD码同步1/N计数器CC14522，每级的分频比既可由单片机控制，也可由4位小型拨动开关控制，我们选用了小型开关控制。拨动开关分别置入分频比的十位、个位数以8421码的形式输入。

　　其输出频率：f0=N*fr fr为标频输入。

　　(四)控制电路

　　控制电路的作用有两个，一个是控制数字频率合成器的输出，一个是控制伪码发生器，从而控制跳频跳速。它是由CC14522组成的。CC14522是由4个TE触发器和几个进位及反馈门电路组成，不需要外接门电路即可实现1/N分频，是可预置数的二—十进制1/N计数器的国标型号，可与国外同类产品MC14522直接代换。

　　(1)典型参数：工作电压：3V到18V

　　最大功率：500Mw

　　异步预制允许

　　(2)其外引线排列图如下：

　　CC14522有四个输出端Q1-Q4;还有一个Qc输出端，作为多级级联来使用。它的输入端较多，除了时钟端CP，时钟禁止端和清零端外，还有与Q1-Q4相对应的四个预置数输入端D1-D4，以及预置控制端PE。此外，为了完善电路的功能，还有一个级联反馈输入端CF。并由上图可以看出，16管脚接电源，8管脚接地。

　　(五)频率显示器

　　80C51的串行通信口是一个功能强大的通信口，而且是相当好用的通信口，用于显示驱动电路。用两个串行通信口线加上两根普通I/O口，设计一个4位LED显示电路。其电路原理图如下:

　　采用80C51单片机，同时用74LS164和74LS138作为扩展芯片。74LS164(详细技术手册)是一个8位串入并出的移位寄存器，其此处的功能是将80C51串行通信口输出的串行数据译码并在其并口线上输出，从而驱动LED数码管。74LS138是一个3-8译码器，它将单片机输出的地址信号译码后动态驱动相应的LED。由于74LS138电流驱动能力较小，为此，使用未级驱动三极管2SA1015作为地址驱动。

　　将4只LED的段位都连在一起，它们的公共端则由74LS138分时选通，这样任何一个时刻，都只有一位LED在点亮，也即动态扫描显示方式，其优点在上一节中我们已经阐述。使用串行口进行LED通信，程序编写相当简单，用户只需将需显示的数据直接送串口发送缓冲器，等待串行中断即可。

　　三.重要文献

　　1.《集成数字电路原理与应用》作者：钱民康 湖北科学技术出版社1986年

　　2. 《频率合成器理论与设计》作者：[美]维迪姆.迈纳塞维奇 机械工业出版社 1982年6月

　　3.《通信系统实验》编者组 第二炮兵指挥学院 1995年6月

　　4.《电子线路设计、实验、测试》作者：谢自美 华中理工大学出版社 2000年5月