频率合成器设计报告.docx

1、频率合成器设计报告频率合成器课程设计总结报告指导教师：*组 员：李刚、魏虹宇、张朋、蒙荣鸿专 业：电子信息科学与技术092日 期： 2012年1月1日摘要：本设计是关于锁相环频率合成器的设计，设计主要由电源、自制压控振荡器（VCO）、锁相环频率合成器（PLL）、单片机控制（MCU）显示以及键盘操作五部分组成。电源部分采用稳压芯片获得稳定的3.3V以及5V的电压输出，压控振荡器采用MAX2620芯片外接电感电容并联谐振回路制成，锁相环频率合成器采用ADF4106制成，、采用AT89C52单片机作为系统的控制单元。基本要求：输出频率可改变，输出功率可调整。扩展要求：具有显示功能，具有键盘控制功能。

2、关键词：锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、环路滤波（LPF）、单片机（MCU） Abstract：This design is about lock cirtle frequency synthesizer design, design mainly by power supply, self-control voltage control oscillation (VCO), and phase lock loop (PLL) frequency synthesizer and single-chip microcomputer control (MCU) display and ke

3、yboard five parts. The power supply voltage of the chip made steady 3.3 V and 5 V voltage output, controlled oscillator MAX2620 adopts chip made, lock cirtle frequency synthesizer made by ADF4106, by AT89C52 single chip microcomputer as system, the control unit. Basic requirements: output frequency

4、can change, output power can be adjusted. Expand requirements: display function with the keyboard control function.Key words: Phase lock loop (PLL)、Voltage control oscillation (VCO)、LPF、SCM (MCU)1.任务 图 1 整体框图要求1.1.1.自制VCO振荡器要求：VCO振荡器输出频率在77MHz113MHz之间选择，输出功率-10dBm。1.1.2.锁相环频率合成器设计要求：输出频率在10MHz1000MH

5、z之间选择，输出范围10MHz，输出功率-10dBm。输出频率由按键控制，可增加、可减小，最小步进1MHz。输出功率可调整，调整范围至少在-10dBm -40dBm之间。2.方案的比较论证及选择项目分析：根据教学大纲要求，结合本专业学生的专业知识，设计出一个频率合成器电路。基本要求：自制压控振荡器，选用锁相环芯片构建锁相环频率合成器，输出频率可改变，输出功率可调整。扩展要求：具有显示功能，具有键盘控制功能。电路设计中，VCO电路采用芯片加外围谐振电路的方式，用外接变容管实现频率变化。PLL电路采用集成芯片，结合控制电路，通过键盘输入，改变输出信号的频率，并采用数码管方式，显示出输出频率的值。输

6、出功率通过电位器调节，实现输出功率的变化。VCO振荡器部分2.1.1.方案一：采用分立元器件搭;2.1.2.方案二：采用集成芯片MAX2620进行制作;2.1.3.方案比较与选择：方案一采用分立元件搭，工程量较大，不稳定因数较多，对于调试难度较大，方案二采用集成的芯片，大大的减少了外围电路，稳定性得到了较大的提高，调试起来也比较的方便，因而对于VCO部分我们采用基于MAX2620集成芯片的制作方案。PLL锁相环部分2.1.4.方案一：采用分立元器件搭;2.1.5.方案二：采用集成的芯片ADF4106进行制作;2.1.6.方案比较与选择：方案一采用分立元件搭，工程量较大，不稳定因数较多，对于调试

7、难度较大,方案二采用集成的芯片ADF4106,利于小型化与集成化.具有良好的短期与长期稳定度。集成化后的反应速度也有所提高，可以进一步缩短锁定的时间，因而采用方案二来的更加合理。显示部分2.1.7.方案一：采用字符式LCD显示；2.1.8.方案二：采用数码管动态扫描显示；2.1.9.方案比较与选择：方案一采用LCD首先在制作成本上比较高，对于教学实验课程没有这个必要性，再有它的体积比较大，对于小型化设计不是很理想。方案二原理简单，编程容易，结构小巧，对于本课程实验完全可以满足显示需求。并且价格低廉，综上我们选择方案二。键盘部分2.1.10.方案一：使用PC机键盘，通过PS/2接口与单片机相连；

8、2.1.11.方案二：直接用单片机的I/O口接常开开关做成按键。2.1.12.方案比较与选择：方案一输入方便，与单片机连接只需要两个I/O口，但是PC机键盘比较大，编程量大；方案二硬件连接简单，编程也简单。为了操作界面简单简洁，我们用只需要用四个按键就可以实现所有的操作，因此我们选择方案二。3.单元模块的设计VCO电路设计 压控振荡器主要功能是产生并输出具有一定频率的正弦信号，其振荡源由外加电压控制。图 2 自制VCO原理图鉴相器电路设计由于锁相频率合成技术具有优良的特性，特别是随着数字电路的高速发展，锁相合成器件更是得到进一步的使用，锁相合成器具有良好的窄带跟踪特性，可以很好的选择所需的频率

9、信号，抑制杂散分量，并且具有避免了大量滤波器的优点，利于小型化。同时还具有良好的短期与长期稳定度。这里我们采用ADF4016锁相环芯片，结合外围电路，设计出频率合成器电路。 图 3 锁相环原理图控制电路设计采用AT89C52单片机进行控制，配备有有键盘输入功能和数码管显示功能。键盘输入改变输出信号频率，能实现100KHz的最小频率步进。数码管能够显示相应的输出信号的频率。 PLL芯片的控制采用串行数据输入。 图 4 单片机控制原理图电源电路设计由于电路设计中，有几组电源要求，采用电源管理芯片，分别输出3.3V与5V两组电源给系统供电，并设计出电源监测和保护电路。 图 5 电源部分原理图整体电路

10、设计对PLL电路、控制电路和电源管理电路进行综合，绘制出整体电路原理图和印制板图。 图 6 整体原理图 图 7 PCB图软件设计根据控制电路的要求，画出软件流程图，并结合选用的控制电路，设计出对应的程序，并能够编译、下载完成。4.安装调试说明元器件装配图图 8 元件装配图硬件部分调试步骤：4.1.1.电源模块焊接完电源模块后，从AMS11175V芯片输出应在5V左右，AMS11173.3V芯片输出在3.3V左右，电源模块就正常工作了。通过测试，最大输出为4.97V和3.29V，说明电源电路正常工作。4.1.2.压控振荡器焊接完后，压控振荡器能够起振，加控制电压时，VCO的频率发生变化，VCO正

11、常工作，实际测得，当加0-4.5V直流电压时，VCO频率范围为77Mhz113Mhz,但在反馈回路上的信号幅度太小达不到要求，因此通过把上拉电阻改成上拉电感，使输出幅度提高，达到指标。 图 9 调试效果图4.1.3.鉴相器焊接完后，先下个测试程序检测输出是否正确，如果结果不对，首先应检查电路是否有错，否则就是程序不对，要改程序。4.1.4.软件控制部分调试步骤我们采用Keil软件进行程序设计。首先调试数码管和按键，确保数码管和按键能够正常工作，然后调试鉴相器程序，通过设置ADF4106的MUXOUT输出R分频频率确保程序能够控制芯片，然后测量CP端，保证电荷泵能够正常输出。5.测试报告测试条件

12、测试温度：室温（520摄氏度）测试电压：0V5V测试步骤（1）电源及各元器件电压测试（2）VCO在测试电压下的频率测试（3）测试鉴相器是否正常工作（4）整机系统的测试测试结果（1）电源输出测试正确（2）VCO频率测试结果00.511.522.533.544.5577.48286.791.696.3100.8104.7108110.5112.2113.3（3）测试鉴相器能够正常工作6.设计总结1.通过此次课程设计，将所学的理论知识很好的运用到了实践中，让我们将理 论知识理解得更加深入。2.通过实践，锻炼了大家的动手能力和调试能力，通过分组的形式，锻炼了大家的团结协作能力。3.通过此次课程设计，我

13、们懂得了工程项目的制作过程。7.附录一#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulint unsigned long intsbit Pll_LE =P10;sbit Pll_DATA =P11;sbit Pll_CLK =P12;sbit Pll_CE =P13;sbit KEY_down =P20;sbit KEY_right =P21;sbit KEY_up =P22;sbit KEY_left =P23;uchar Time0_flag=0,wei_flag=1,Dis_value4=1,

14、0,0,0;ulint R_ref = 100;uint freq_value=1000,freq=0;uchar CodeTable10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ma biaovoid Init_Timer0(void);void Key(void);void Display(void);void delay(uint i);void ADF4106_Write(ulint value);void ADF4106_init(void);void ADF4106_Setfreq(void);void main() I

15、nit_Timer0(); ADF4106_init(); while(1) Key(); freq_value=Dis_value0*1000+Dis_value1*100+Dis_value2*10+Dis_value3; if(freq_value!=freq) freq=freq_value; EA=0; ADF4106_Setfreq(); EA=1; void ADF4106_Write(ulint value) ulint temp=0x800000; uchar i; Pll_LE=0; Pll_CLK=0; for(i=0;i24;i+) if(value&temp) Pll_DATA=1; else