用LabVIEW模拟锁相环

用LabVIEW模拟锁相环毕业设计(论文)中文摘要

毕业设计(论文)外文摘要

目录1 引言

1.1 LabVIEW概述

1.2 LabVIEW 工作环境

1.2.1 LABVIEW 的工作窗口

1.2.2 LabVIEW的操作模块

1.2.3 虚拟仪器程序（VI）的基本组成

2 锁相环理论介绍

2.1 锁定与跟踪的概念

2.1.1锁相环理论分析

2.1.3环路组成

3 虚拟锁相环电路的具体实现

3.1正弦鉴相器的实现

3.1.1正弦鉴相器理论分析

3.1.2正弦鉴相器虚拟转换

3.2 滤波器（LF）

3.3 压控振荡器(VCO)

4 子VI

4.1 时钟发生器的实现

4.2移位寄存器的实现

4.3分频器的实现

4.4子VI的具体实现步骤

5 程序的前面板图和程序图

结论

参考文献

1 引言

锁相环路（PLL）是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。

它在无线电技术的各个领域得到了广泛的应用。锁相环路具有载波跟踪特性，作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声之中的信号；用高稳定的

参考振荡器锁定，可以提供一系列频率稳定的频率源；可进行高精度的相位

与频率测量等等。它具有调制跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器。

它具有低门限特性，可以大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。

对所相环路的研究需首先建立完整的数学模型，继而以模型为基础，用LabVIEW实现其各种工作状态下的性能与指标，诸如跟踪、捕获等等。

1.1 LabVIEW概述

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Workbench, 实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司(National Instrument Company)推出的一种基于G语言(Graphics Language,图形化编程语言 )的虚拟仪器软件开发工具。

用LabVIEW设计的虚拟仪器可脱离LabVIEW 开发环境，最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。

LabVIEW 为虚拟仪器设计者提供了一个便捷轻松的设计环境。利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统和构建自己的仪器面板，而无需进行任何烦琐的计算机代码的编写。

1.2 LabVIEW 工作环境

1.2.1 LABVIEW 的工作窗口

主要由两个窗口组成：一个是前面板开发窗口，用于编辑和显示VI前面板对象，另一个是框图程序窗口，用于编辑和显示流程图（程序源代码）。

1.2.2 LabVIEW的操作模块

LabVIEW提供3个模版：工具模板（Tool palette）﹑控制模板（Control palette）和功能模板（Function palette）来完成VI前面板和流程图两部分的设计开发任务。

(1)工具模板（Tools Palette）：提供用于操作、编程前面板和流程图上对象的各种工具。

有操作工具：该工具是操作数值的工具。当用它向前面板的控制器或显示器键入值时，工具会变成标签工具的形状。

选择(位置)工具：用于选择、移动或改变对象的大小。当它用于改变对象边框的大小时，会变成相应的形状。

标签工具：用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变成相应的形状。

连线工具：用于在框图程序上连接对象。如果联机帮助的窗口被打开时，把该工具放在任一条线上，就会显示相应的数据类型。

探针工具：可以在框图程序内的数据流上设置探针。调试时可以通过探针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。等等

(2)控制模板（Controls Palette）：如前所述，虚拟仪器的面板是通过软件实现的。具体的讲，就是LabVIEW将传统仪器上的各种旋钮、开关、显示屏等所有可能涉及的操作部件都做成外形相似的

“控件”，分类存于控制面板上。设计者在设计仪器面板时，只需根据需要选择合适“控件”，放在面板相应的位置即可。由于控制

模板是LabVIEW为设计者设计虚拟面板而提供的，因此它只会在前面

板编辑窗口中出现。控制模板中有数值子模板、布尔值子模板、

字符串和路径子模板、数组和簇子模板等等

(3)功能模板（Functions Palette）：是创建框图程序的工具，在流程图中使用。功能模板包含用于VI编程的对象，例如：数值运算、仪器I/O、文件I/O以及数据采集等操作。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。

1.2.3 虚拟仪器程序（VI）的基本组成

VI由以下3部分组成。

（1）程序前面板：交互式的用户界面。

（2）框图程序：是程序源代码，用模块代替普通函数。

（3）图标/连接器（子VI）：可被高级VI调用的VI

2 锁相环理论介绍

锁相环路（PLL）是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。

2.1 锁定与跟踪的概念

2.1.1锁相环理论分析

锁相环路（PLL）是一个相位跟踪系统，

设输入信号：

u i （t）= U

i

sin[w

i

t +θ

i

（t）]

式中 u

i

是输入信号的幅度;

w

是载波角频率; i

θi （t ）是以载波相位w i t 为参考的瞬时相位

若输入信号是未调载波，θi （t ）即为常数，是u i （t ）的初始相位，若输

入信号是角调制信号，（包括调频调相），θi （t ）即为时间的函数

设输入信号

u o （t ）＝U o cos[w o t +θo （t ）]

式中 U o 是输出信号的幅度

w o 是环内被控制振荡器的自由振荡角频率，它是环路的一个重要参数

θo （t ）是以自由振荡的载波相位w o t 为参数的瞬时相位，在未受控制以前

它是常数，在输入信号的控制之下，θo （t ）即未时间常数。

因为锁相环路是一个相位控制系统，输入信号u i （t ）对环路起作用的是

它的瞬时相位，它的幅度通常是固定的，输出信号u o （t ）的幅度U o 通常也是固

定的，只是其瞬时相位受输入信号瞬时相位的控制，因此，我们希望直接建立输

出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位之间的控制关系。为此，先讨论两个不同频

率信号之间的相位关系。

2.1.2环路模型

前面已分别得到了环路的三个基本部件模型，按下图所示的环路构成，不难

将这三个模型连接起来得到环路的模型，如下图所示