基于单片机的锁相频率合成器.doc

摘要 2 1、引言 2 2、设计任务及要求 2 2.1 设计任务 2 2.2 设计要求 2 3、频率合成的基本原理框图 2 4、硬件系统的设计 3 4.1 原理图 3 4.2 74HC4046 3 4.2.1 74HC4046引脚功能介绍 3 4.2.2 74HC4046内部电路原理图 4 4.2.3 74HC4046典型应用 5 4.3 CD4522引脚功能介绍 5 4.4 CD4518引脚功能介绍 6 4.5 1602LCD的基本参数及引脚功能 7 5、软件系统的设计 9 5.1 流程图 9 5.2 程序代码 11 6、实训小结 16 参考文献 16 基于单片机控制的频率合成器 摘要 给出一种以单片集成PLL芯片74HC4046为核心， 并通过AT89C51 单片机对74HC4046进行控制来实现锁相频率合成器的设计方法。文中在介绍了74HC4046芯片的内部功能结构的基础上， 探讨了锁相频率合成器的基本原理和工作特性； 给出了基于74HC4046的锁相频率合成器的硬件电路结构和软件程序设计方法。该设计经仿真测试证明， 锁相效果良好， 结构精简， 性能可靠。 关键词： 74HC4046； AT89C51； 频率合成器 1、引言 在现代电子技术的设计与开发过程中，特别是在通信、雷达、航空、航天以及仪器仪表等领域， 都需要进一步提高一系列高精度、高稳定度的频率源的频率精度。这样，一般的振荡器已经无法满足各种应用的发展要求，而晶体振荡器的性能虽然比较好， 但其频率单一， 或只能在极小的范围内进行微调。因此， 本文提出了一种基于单片机AT89C51控制的利用锁相技术以频率合成器芯片74HC4046为核心，来实现锁相频率合成器的设计方案。 2、设计任务及要求 2.1 设计任务 设计一个基于单片机控制的频率合成器 2.2 设计要求 1.输入信号为1KHz的方波信号。 2.合成的频率范围为1KHz~999KHz。 3.可设置分频比为1~999。 4.采用LCD显示。 3、频率合成的基本原理框图 4、硬件系统的设计 4.1 原理图 4.2 74HC4046 4.2.1 74HC4046引脚功能介绍 上图是74HC4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各管脚功能：1脚相位输出端，环路入锁时为高电平，环路失锁时为低电平。2脚相位比较器Ⅰ的输出端。3脚比较信号输入端。4脚压控振荡器输出端。5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。6、7脚外接振荡电容。8、16脚电源的负端和正端。9脚压控振荡器的控制端。10脚解调输出端，用于FM解调。11、12脚外接振荡电阻。13脚相位比较器Ⅱ的输出端。14脚信号输入端。15脚内部独立的齐纳稳压管负极。 4.2.2 74HC4046内部电路原理图 74HC4046工作原理：输入信号Ui从14脚输入后，经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端，开关K拨至2脚，则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。UΨ经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整VCO的振荡频率f2，使f2迅速逼近信号频率f1。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ，继续与Ui进行相位比较，最后使得f2＝f1，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。若开关K拨至13脚，则相位比较器Ⅱ工作，过程与上述相同，不再赘述。 4.2.3 74HC4046典型应用 74HC4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。上图是用74HC4046的VCO组成的方波发生器，当其9脚输入端固定接电源时，电路即起基本方波振荡器的作用。振荡器的充、放电电容C1接在6脚与7脚之间，调节电阻R1阻值即可调整振荡器振荡频率，振荡方波信号从4脚输出。按图示数值，振荡频率变化范围在20Hz至2kHz。 4.3 CD4522引脚功能介绍 CF反馈输入端 CP时钟输入端 D0~D3并行数据输入端 INH禁止端 ID置数控制端 Q0~Q3计数器输出端 QZ计数器零输出端 VDD正电源 VSS地 CD4522是可预置数的二一十进制1/N减计数器。其引脚见上图。其中D1-D4是预置端，Q1—Q4是计数器输出端，其余控制端的功能如下： PE（3）=“1”时D1—D4值置进计数器；EN（4）=“0”且CP（6）时，计数器（Q1—Q4）减计数；CF（13）=“1”且计数器（Q1—Q4）减到“0”时，QC(12)=“1”；Cr(10)