127頻率步長(step)10kHz。32系統組成A/D轉換輸出圖2-1系統框圖45方案三：采用數字鎖相環式頻率合成技術，由晶振、鑒頻/鑒相(FD/PD)、環路濾波器(LPF)、可變分頻器(÷N)和壓控振蕩器(VCO)組成。圖3-2分立元件構成的RC電路組成，即可完成鎖相環路的設計。利用該fout綜上所述，選擇方案三采用大規模PLL芯片MC14513.3控制模塊的設計方案論證與選擇方案一：利用FPGA來控制集成芯片MC145163的分頻系數A和N,以改變輸出頻方案二：利用單片機AT89S52控制。內有8K的Flash,可用ISP在線下載，開綜上所述，選擇方案二，采用AT89S52單片機構成3.4電源方案的選擇系統需要多個電源，AT89S52使用5V穩壓電源，振蕩器的變容二極管需要1-8V6電壓，運放，功放等需要8V穩定電源。方案一：采用升壓型穩壓電路。用兩片MC34063芯片分別將3V的電池電壓進行方案二：采用三端穩壓集成7805與7808分別得到5V與8V的穩定電壓。利用該74鎖相環鎖相環是指使高頻振蕩器的頻率與基準頻率的整數倍頻率一致時所使用的電路。通常基準振蕩器都使用晶體振蕩器，所以高頻振蕩的頻率穩定度與晶體振蕩器相同。圖4-1是鎖相環的基本結構圖，由VCO、相位比較器、基準頻率振蕩器、環路濾波器所組成的。在這里用fr表示基準頻率振蕩器頻率，fo則表示VCO的頻率。當壓控振蕩器的頻率fo由于某種原因而發生變化時，必然相應地產生相位的變化。環路相位的變化在鑒相器中與參考晶體振蕩器的穩定相位fr相比較，使鑒相器輸出一個與相位誤差成比例的誤差電壓分量vc(t)。vc(t)用來控制壓控振蕩器中的壓控元件參數，一般指的是變容二極管，而這壓控元件又是VCO振蕩回路的組成部分，結果壓控元件電容量的變化將VCO的輸出頻率fo又拉回穩定值來。這樣，VCO的輸出頻率穩定度即由參考晶體振蕩器所決定。由頻率與相位的關系可知，瞬時頻率與瞬時相位的關系是：由上面討論可知加到鑒相器的兩個振蕩信號的頻率差為4.3式中w,為參考晶體振蕩器的頻率，wo壓控蕩頻率。此時的瞬時相位差為8當兩個振蕩器的頻率相等時它們的瞬時相位差是一個常數θo,即：4.3鑒相器的時序圖當f與fo的關系為f>fo。也就是VCO振蕩頻率fo低于f時的狀態。此時相位比較器的輸出PD,如圖4-2所示，產生正脈沖信號，使VCO的振蕩頻率提高的信號。反之，當f<fo是產生負脈沖。frPLL鎖栓圖4-2相位/頻率比較器的動作這一PD脈波信號經過回路濾波器的積分，便可以得到直流電壓VR,可以控制VCO電路。由于控制電壓VR的變化，VCO振蕩頻率會提高相位成為一致時，PD端子會成為高阻抗狀態，使PLL被鎖定(Lock)。4.4捕捉帶與通頻帶壓控振蕩器本來處于失鎖狀態時，由于環路的作用，使壓控振蕩頻率逐漸向標準95單元電路的設計壓控振蕩就是在振蕩電路中采用壓控元件作為頻率控制器件。壓控器件一般是用變容二級管，它的電容量受到輸入電壓的控制，當輸入電壓變化，就引起了起振蕩頻率的變化。因此，壓控振蕩器事實是一種電壓——頻率變換器。它的特性可用瞬時振蕩頻率wr與控制電壓vc之間的關系曲線來表示，如圖5-1所示。圖上的中心頻率wo是在沒有外加控制電壓時的固有頻率。在一定范圍內，or與vc之間是線性關系。在線性范圍內，這一線性可用下列方程來表示。Kr是特性曲線的斜率，稱為VCO的增益或靈敏度，量綱為rad/s.V,它表示單位電壓所引起的振蕩角頻率變化的大小。圖5-1壓控振蕩器的特性曲線5.1.1壓控振蕩器MC1648MC1648是一個8引線雙列直插的器件，內部電路圖如圖6-2所示。壓控振蕩電路由芯片內部Q8、Q5、Q4、Q1、Q7和Q6,10腳和12腳外接LC諧振回路組成正反饋的正弦振蕩電路4,其振蕩頻率：5.3式中LC分別為電感、電容大小，Co為變容二極管的電容量。5.1.2壓控振蕩電路設計圖5-3為壓控振蕩電路圖。壓控振蕩器主要由壓控振蕩芯片MC1648和變容二005DC圖5-3壓控振蕩電路極管MV209以及諧振回路構成。MC1648需要外接一個由電感和電容組成的并聯諧振回路。為達到最佳工作性能，在工作頻率要求并聯諧振回路的Q≥100。電源采用十5V的電壓，振蕩器的輸出頻率隨加在變容二極管上的電壓大小變化而變化。通過切換電源來切換電感量，從而改變振蕩頻率。5.1.3變容二級管與開關二級管切換電路(1)變容二極管變容二級管是一種特制的二級管，它的PN結電容變化范圍比較大，正常工作時，變容二級管加反相電壓，在其PN結上產生電荷存儲，于是相當于一個電容，當反向電壓改變時，變容二級管的結電容也發生相應的變化。變容二級管的結電容Co和外加反向偏壓Ur的關系可用下式表示。5.3式中UR是加在變容二極管的反向電壓，Cvoo為Ur=0時的結電容U?是接觸電5.2鎖相環式頻率合成器的設計5.2.1鎖相環控制鎖相環控制的基本原理框圖如圖5-5所示。采用鎖相環頻率合成，可以得到任意頻率步進，同時頻率穩定度與參考晶振相當，可以達到103。鎖相環路主要由晶振、參考分頻器、壓控振蕩器(VC0)、鑒頻/鑒相器(FD/PD)、低通濾波器(LPF)、可編程分頻器組成。它是應用數字邏輯電路將VCO頻率一次或多次低至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進行比較，通過低通濾波器取出誤差信號來控制VCO的頻率，使之鎖定在參考頻率的穩定度上，由于采用了大規模集成電路塊MC145163,89248926t269534將圖中的晶振、參考分頻器、鑒頻鑒相器可編程分頻器集成在一個芯片中，不需要再單獨設計。同時利用AT89S52來控制MC145163,確定分頻系數A、N和發射頻率的對應關系。5.2.2MC145163的管腳圖與內部組列的特性、引腳連接與結構圖。此IC集成了產生基準頻率的f,所需的晶體振蕩電路與分頻電路、用以分頻VCO信號的N分頻電路以及比較f。與f,的相位比較器。在實際電路原理中引腳功能描述如表5-1所示。fn(引腳1)至合成器的可編程(N計數器)的輸入，通常fin來自VCO,與AC耦合至引腳1。如果是像標準CMO那樣的大振幅信號的場合，那么直接連接也可以電路連接Vbo(引腳3)正電源(+5V)PDout(引腳4)可作VCO的控制信號使用的相位比較器3狀態輸出頻率f>f,或f,進相：負脈沖頻率f<f,或f,遲相：正脈沖頻率f=f,或同相：高阻抗狀態RAo,RA?(引腳5,引腳6)這些輸入，將設定基準分頻器(R計數器)的分頻比分頻，分頻比可從512、1024、2048、4096選擇(引腳7引腳8)這些相位比較器的輸出，通過與低通帶濾波器相結合，可成為VCO的控制信號頻率f>f,或f,進相的場合：φy,φ除了都有短的L脈沖產生外，其于都為H(引腳9,BCD輸入引腳24)置于N計數器。引腳9為10°位數的LSB,引腳24為103位數的MSB。因內含拉降電阻，所以輸入開放時呈L電平。再使用BCD指撥開關，可以此隨意設定3至9999的分頻比REFo(引腳25)內部基準振蕩器或外部基準輸入信號的緩沖器輸出(引腳26,引腳27)OSC與地，以及OSCout與地應接以適當數值的電OSCm也可以作為外部產生基準信號的輸入。此信號通常以AC耦合于OSCin,但大振幅信號(CMOS邏輯電平)(引腳28)PLL鎖定檢測信號，PLL環路鎖定時(f,fr,的頻率與相位相同時)呈H電平，鎖定外時產生L脈沖2對4解碼器f,13位元/R計數器比較器Afv4位數BCD/N計數器鎖定檢測相位相位比較器B4圖5-7MC145163的結構圖5.3低通濾波器p.01UF5.4電源電路設計學學25.5電子控制單元電路(ECU)(1)VCC:供電電壓(5V)GND:接地拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INTO(外部中斷0)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4TO(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6/WR(外部數據存儲器寫選通)P3.7/RD(外部數據存儲器讀選通)99圖5-10復位電路/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出89C52內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優先級別選擇。⑧時鐘電路89C52內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但89C52單片機需外置振蕩電容。單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-52系列單片機采用的是哈佛結構的形式。5.8頻率測量顯示電路顯示電路如圖5-11所示。由于鎖相環產生正弦波的頻率較高，無法用單片機直接來測量它的頻率，必須先用高速分頻器來對它進行分頻，使它降低到單片機的測量范圍之內。但又考慮到性價比的問題，可直接用頻率合成器MC145163P的控制字和分頻比來送給單片機顯示。當控制字是8600H時，也就是RO、R1、R2為000時，選擇步進為1K的標準頻率，頻率范圍從25MHz到54MHz,根據計算出分頻比的范圍：轉化成十六進制的變化范圍是從61A8H到D2FOH。當控制字是8000H時，RO、R1、R2為110時，步進為25KHz標準頻率，頻率從54MHz到110MHz,根據上面的公式可得分頻數從0870H到1130H。送顯示的時候可把它的分頻數乘于所選擇的標準頻率，然后進行BCD碼轉換，再送給單片機處理。分頻比可通過按鍵來調整。設置四個按鍵，分別是加一、加十、減一、減十。當需要選擇較大調整時，可選擇加十或減十；當需要較小范圍調整時，可選擇加一或減u七圖5-11顯示電路6軟件設計本設計軟件的主要作用是用來控制MC145163、以及頻率的時時顯示。因為輸出正弦波的頻帶范圍較寬，又考慮到精確度的要求，當步進為10KHz、控制字為4500H時，輸出頻率的最大值只能為45MHz,所以為了達到更高的頻率，又能提高精確度，必須選擇兩種不同的標準頻率。因為分頻數乘于標準頻率化成BCD碼以后占用的字節數不同，所以要調用兩個不同的顯示單元。調整頻率時，可通過按鍵來實現，根據調用不同的子程序可以完成分頻比加一、加十、減一、減十，當復位鍵按下時，顯示的頻率為30MHz。每次判斷有按鍵按下時重新調用存儲，寫入新的數據，以防掉電時重新復