鎖相環(huán)cd4046設計頻率合成器課程設計報告

1、<p>　　基于鎖相環(huán)的頻率合成器</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　學 院： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號

2、： </p><p>　　班 級： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計和制作任務……………………………………………3</p><p>　　二、主要技術指標 ……………………………………………3</p>

3、<p>　　三、確定電路組成方案 …………………………………………3</p><p>　　四、設計方法 ……………………………………………………4</p><p>　?。ㄒ唬?、振蕩源的設計 ………………………………………………………………4</p><p>　?。ǘ?、N分頻的設計 ………………………………………………………………4</p>

4、<p>　?。ㄈ?、1KHZ標準信號源設計（即M分頻的設計） …………………………5</p><p>　　五、鎖相環(huán)參數(shù)設計…………………………………………………………………6</p><p>　　六、調試步驟……………………………………………………………………………7</p><p>　　七、實驗小結…………………………………………………………………

5、…………8</p><p>　　八、電路板制作………………………………………………………………………8</p><p>　　九、心得體會……………………………………………………………………………9</p><p>　　附錄：各芯片的管腳圖……………………………………………………………10</p><p>　　鎖相環(huán)CD4046設計頻率合成器&

6、lt;/p><p><b>　　內容摘要：</b></p><p>　　頻率合成是以一個或少量的高準確度和高穩(wěn)定度的標準頻率作為參考頻率，由此導出多個或大量的輸出頻率，這些輸出的準確度與穩(wěn)定度與參考頻率是一致的。在通信、雷達、測控、儀器表等電子系統(tǒng)中有廣泛的應用，</p><p>　　頻率合成器有直接式頻率合成器、直接數(shù)字式頻率合成器及鎖相頻率合成

7、器三種基本模式，前兩種屬于開環(huán)系統(tǒng)，因此是有頻率轉換時間短，分辨率較高等優(yōu)點，而鎖相頻率合成器是一種閉環(huán)系統(tǒng)，其頻率轉換時間和分辨率均不如前兩種好，但其結構簡單，成本低。并且輸出頻率的準確度不遜色與前兩種，因此采用鎖相頻率合成。</p><p>　　關鍵詞：頻率合成器 CD4046</p><p><b>　　設計和制作任務</b></p><

8、p>　　確定電路形式，畫出電路圖。</p><p>　　計算電路元件參數(shù)并選取元件。</p><p><b>　　組裝焊接電路。</b></p><p>　　調試并測量電路性能。</p><p><b>　　寫出課程設計報告書</b></p><p><b>

9、　　二、主要技術指標</b></p><p>　　1．頻率步進 1kHz</p><p>　　2．頻率穩(wěn)定度 ≤1KHz</p><p>　　3． 電源電壓 Vcc=5V</p><p>　　三、確定電路組成方案</p><p>　　原理框圖如下，鎖相環(huán)路對穩(wěn)定度的參考振動器鎖定，環(huán)內串接可編程的分

10、頻器，通過改變分頻器的分配比N，從而就得到N倍參考頻率的穩(wěn)定輸出。晶體振蕩器輸出的信號頻率f1，經(jīng)固定分頻后（M分頻）得到基準頻率f1’，輸入鎖相環(huán)的相位比較器（PC）。鎖相環(huán)的VCO輸出信號經(jīng)可編程分頻器（N分頻）后輸入到PC的另一端，這兩個信號進行相位比較，當鎖相環(huán)路鎖定后得到：</p><p>　　f1/M=f1’=f2/N 故 f2=Nf’1 (f’1為基準頻率)</p>

11、;<p>　　當N變化時，或者N/M變化時，就可以得到一系列的輸出頻率f2。</p><p><b>　　四、設計方法</b></p><p>　?。ㄒ唬?、振蕩源的設計</p><p>　　用CMOS與非門和1M晶體組成</p><p>　　1MHz振蕩器，如圖14。圖中Rf 使</p>&l

12、t;p>　　F1工作于線性放大區(qū)。晶體的等效</p><p>　　電感，C1、C2構成諧振回路。C1、</p><p>　　C2可利用器件的分布電容不另接。</p><p>　　F1、F2、F3使用CD4049。</p><p>　?。ǘ?、N分頻的設計</p><p>　　方案一：用一片CD4017作分頻器組成

13、2-9KHZ頻率合成器。</p><p>　　4017構成二、三，┅九等分頻器，將上述4017組成的分頻器代入圖15中的1/N分頻器，就組成2——9KHZ頻率合成器。</p><p>　　方案二：單片CD4522頻率合成器構成1-9kHz變化。</p><p>　　CD4522是可預置數(shù)的二一十進制1/N減計數(shù)器。其引腳見附錄。其中D1-D4是預置端，Q1—Q4是計

14、數(shù)器輸出端，其余控制端的功能如下：</p><p>　　PE（3）=1時，D1—D4值置進計數(shù)器EN（4）=0，且CP（6）時，計數(shù)器（Q1—Q4）減計數(shù)；CF（13）=1且計數(shù)器（Q1—Q4）減到0時，QC(12)=1 </p><p>　　Cr(10) =1時，計數(shù)器清零。 </p><p>　　單片4522分頻

15、器，撥盤開關為BCD碼開關，如當數(shù)據(jù)窗口顯示3時則A和1，2相連；當顯示5時，則A和14相連，其余類推。4個100K電阻用來保證當撥盤開關為某腳不</p><p>　　和A相連，也就是懸空時，為低電平。工作過程是這樣的：設撥盤開關撥到N，當某時刻PE（3）=1， </p><p>　　則N置到IC內的計數(shù)器中，下一個CP來時，計數(shù)器減計數(shù)變?yōu)镹-1，……，一直到第N個CP來時

16、，計數(shù)器為0。這時由于CF（13）=1，所以QC（12）=1，也即PE（3）=1又恢復到開始狀態(tài)，開始一個新的循環(huán)。很顯然，每來個N個CP，QC（12）就會出現(xiàn)一個高電平，也就是QC（12）應是CP的N分頻信號。用改圖電路代替上圖中4017部分，組成1－9KHz頻率合成器</p><p>　　方案三：用三片4522組成1——999HHZ頻率合成器</p><p>　　如下圖，最終應做到撥盤

17、開關的數(shù)值是多少，VCO輸出信號的頻率就是多少KHz。</p><p>　　圖3 1——999HHZ頻率合成器</p><p><b>　　方案比較：</b></p><p>　　雖然三個方案都能實現(xiàn)頻率合成器，方案一和方案二差不多，原理簡單，結構清晰，但是最終頻率只能實現(xiàn)1-9kHz，而方案三雖然原理和結構上都比較復雜，但是可以達到1-9

18、99KHz的頻率變化，所以選擇方案三。</p><p>　?。ㄈ?、1KHZ標準信號源設計（即M分頻的設計）</p><p>　　根據(jù)4518的輸出波形圖，可以看出4518包含二分頻、四分頻、十分頻，用二片CD4518（共4個計數(shù)器）組成一個1000分頻器，也就是三個十分頻器，這樣就可把1MHz的晶振信號變成1KHz的標準信號。如下圖所示：</p><p>　　通過

19、前面的分析可以得到總體的設計電路圖如下：</p><p><b>　　五、鎖相環(huán)參數(shù)設計</b></p><p>　　本設計中，M固定，N可變?；鶞暑l率f’1定為1KHz，改變N值，使N=1~999，則可產生f2=1KHz—999KHz的頻率范圍。鎖相環(huán)鎖存范圍：</p><p>　　fmax=1M~1.1MHz</p><

20、p>　　fmin=100~1KHz</p><p>　　則fmax/fmin=1K~11K</p><p>　　使用相位比較器PC2</p><p>　　若R2≠∞，則由fmax/fmin=1K-11K</p><p>　　由右圖大概確定R2/R1的值約為（1-10）K</p><p>　　選定R1=10KΩ,可

21、得R2=（100-500）KΩ。</p><p>　　選定Vdd=5-10v,參照右圖與fmin=100~1kHz可求出</p><p>　　C1=2*10-4uF</p><p>　　若R2=∞，由fo=fmax/2=500KHz,參照圖5并選定Vdd=5~10v，可得C1=1.5*10-4~2*10-4uF</p><p>　　又 2fc

22、=fmax+fmin=(1000.1~1001)kHz,</p><p>　　2fl=fmax-fmin=(999~999.9)kHz,</p><p>　　T1=R3*C2 最終算出</p><p>　　R3*C2=2π*fl/(2πfc)2 =0.318uF </p><p>　　令R3=10KΩ，則C2≈31.8pF</p

23、><p><b>　　六、調試步驟</b></p><p>　　1、接上電源后，測試晶振產生的頻率f0和經(jīng)過各次分頻后的頻率fi。</p><p>　　2、把開關往左撥，即斷開4046與4522的連接，測試4046本身的振動頻率</p><p>　　3、撥動撥碼盤，測輸出頻率</p><p><

24、b>　　七、實驗小結</b></p><p>　　在做實驗過程中碰到一下幾個問題：</p><p>　　開始時，輸出一直沒有信號</p><p>　　首先我先檢查了振蕩源，M分頻，N分頻及鎖相環(huán)模塊，先確定是那個模塊出了問題。檢查結果發(fā)現(xiàn)振蕩源不起振，經(jīng)過認真檢查了電路，后來發(fā)現(xiàn)原來是自己沒有認真閱讀芯片資料，CD4049的電源是接1腳的，而我把電

25、源給接16腳了。</p><p>　　2、振蕩源起振后，輸出仍然沒有信號</p><p>　　1）檢查M分頻，用示波器觀察4518各級分頻器的輸出信號，輸出結果為1KHz，顯然M分頻模塊正常工作。</p><p>　　2）檢查鎖相環(huán)部分，斷開4046的鑒相器輸入端（3）腳和4522的連線，讓4046的（3）、（4）腳短接，即不分頻。4046的（14）腳輸入幾KHz～

26、幾百KHz的CMOS信號，4046的（4）腳輸出信號能跟蹤（14）腳輸入信號，所以鎖相部分也正常。</p><p>　　3）檢查N分頻，用函發(fā)源直接給4522的輸入端輸入100kHZ信號，把撥碼盤撥為100，觀察輸出信號是否為1KHz，結果發(fā)現(xiàn)沒有輸出信號，可以判斷問題是出在N分頻部分，然后搭成單級電路的方法檢查每片4522是否正常，再接成級聯(lián)的，撥盤開關置為100多，用示波器可以觀察到分頻器的輸入、輸出波形。&

27、lt;/p><p>　　3、當頻率到700KHz以上時，發(fā)現(xiàn)頻率偏差范圍就比較大，為了使能夠調節(jié)，我通過一個定值電阻和電位器來作為鎖相環(huán)的R1和R2。</p><p>　　4、為什么當頻率為900KHz以上時，4046的3引腳頻率不能測到1KHz？</p><p>　　我想原因應該有多種可能，一種是可能鎖相環(huán)的鎖定范圍不能達到900KHz，但是4腳的輸出頻率為909.1

28、KHz，從這個可以看出應該還是在鎖相環(huán)的鎖定范圍的；另一種可能就是N分頻的問題，當輸入為100分頻時，3腳可以測出1.012KHz，但是占空比已經(jīng)是非常小的了，從示波器上只能看到一條線，當輸入為900時，3腳信號的占空比更小了，示波器可能測不出來。</p><p>　　八、電路板制作 </p><p>　　在制作電路板之前，要先對整個電路結構及其在萬用板的布局進行分析，然后畫出實際的布

29、線圖。在焊電路板之前，應該要做一些準備工作，把各個元器件和工具都準備好，焊接電路時連接各芯片引腳的線盡量靠近引腳，盡量使各個器件都貼在萬用板上，減小各個器件的引腳，從而降低對電路的影響。</p><p>　　為了使整個電路在外觀上更加的美觀和穩(wěn)定，所以在焊接時全部用錫來作為導線連接，在布局和連線上要格外小心，如果稍微連錯的就會影響輸出結果，也不好改動，，所以在焊接時要非常的認真。</p><p

30、>　　焊接結果如下圖所示：</p><p>　　示波器輸出波形如下圖所示：</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　這也許是自己做過最順利的一次課程設計，主要原因是在焊電路板之前有細心研究過排版問題，由于這次給的焊板區(qū)分模塊少，連在一起的焊腳多，很容易就把本不該相連的線連在一起而出錯，一出錯就得不到結果，第一次調

31、試時，沒有得出結果，原因就是把連在4049上的C1和C2兩個電容一不小心接到了第二排第一個4522芯片的引腳上，有了這次的教訓，我以后每焊一個模塊首先檢查是否有線漏焊，然后檢查連線是否連對，其次檢查是否與別的焊腳連接到一起。對照著原理圖從4049模塊、三個4522模塊、鎖相環(huán)模塊依次焊接在焊板上，每焊一個模塊仔細檢查一遍，這樣雖然進度不算快，但是每個點都是仔細完成的，因而只調試了一次便出了結果，每一個焊腳我也是非常小心的焊，所以沒有出現(xiàn)

32、虛焊等現(xiàn)象，芯片引腳的連線盡量靠近引腳，示波器出的方波也幾乎接近理想圖像。這次的課程設計讓我的基礎理論知識、動手實踐能力經(jīng)歷了一次檢驗，暴露了自己的許多不扎實的方面，又一次讓自己知道需要變得更加細心，還有很多知識需要去學。在兩天的實驗過程中，認識到自身許多的不足，也為自己這次的努力而高興，同時非常感謝蘇老師的指導。</p><p>　　附錄：各芯片的管腳圖 </p><p>　?。╝）4