湘潭大学专业综合课程设计

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2.3.4 2.3.5
反相器 CD4049 计数器 CD4518，CD4522 等
3、原理图
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4、工作原理
4049 做为振荡器和驱动， 产生 100kHz 的频率输入 4518， 然后进行 100 分频， 把输出信号送入 CD4046 锁相环，CD4046 的输出信号送入三个 CD4522 计数器 进行分频，计数器的输出信号再送入 CD4046 做为比较信号。
6 、参考文献
1 康华光.电子技术基础（模拟部分）第五版.北京:高等教育出版社，2010 2 樊昌信 曹丽娜.通信原理.第 6 版.北京:国防工业出版社,2011
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13.15 脚内部独立的齐纳稳压管负极。 4.2.2 鉴相器 PDI： CD4046 芯片内的鉴相器 PDI 是一个数字逻辑异或门，由于 CMOS 门输出 电平在 0～VDD 之间变化。所以只要用简单的积分电路就可以取出平均电平， 因而使锁项环路的捕捉范围加大。该鉴相器主要应用在调频波的解调电路 中。PDII 是一个由边沿控制的数字比相器和互补 CMOS 输出结构组成的三态 输出式鉴相器。由于数字比相器仅在 ui 和 uv 的上跳边沿起作用，因而该鉴 相器能接收任意占空比的输入脉冲，即非常窄的脉冲。 4.2.3 压控振荡器 VCO： CD4046 内部的 VCO 是一个电流控制型振荡器，其振荡频率与控制电压 Ud 之间的关系可以用下式表示：
ui ( f i ) VDD
14
16
A1
PDI
2 13
Text
3 uv ( f v ) 4 6 Ct 7 11 12 R4 R5 8 5 VCO
PDII
1 R1 9 R2
R3
A2
10 C
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3. 3 脚比较信号输入端。 4. 4 脚压控振荡器输出端。 5. 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. 6、7 脚外接振荡电容。 7. 8、16 脚电源的负端和正端。 8. 9 脚压控振荡器的控制端。 9. 10 脚解调输出端，用于 FM 解调。 10.11、12 脚外接振荡电阻。 11.13 脚相位比较器Ⅱ的输出端。 12.14 脚信号输入端。
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表一根线一根线地检查后，发现有些地方没有接好，有些本该接在一起的没有 连在一起，还有两个本该连在一起的地方却没有连在一起。经过修改后，我兴 致勃勃地拿去看波形，第一次完全没有波形，这也是我意料到的结果，哪有这 么顺利的呢！于是，我又回到实验台继续检查，在这检查过程中还是发现了一 些漏洞，经过这次检查后出现了波形，我感到一丝安慰，但是频率的倍数关系 不符。当然，只能继续检查和调试，最终频率的倍数关系大体上一致。于是， 我拿给老师检查：晶振频率，基准频率都还不错，输出频率波动较大，置数时 频率很不准确，老师说“你这不符合要求，再去检查检查错误” 。说实话，我已 经检查了至少有六遍了，还和另外一个同学互相检查了一次。没有办法，我只 能硬着头皮进行再一次的检查，结果是没有发现任何错误，在这个时候，我只 能请其他同学帮我检查了，他得出的结论也是没有错误。在此情况下，我再一 次拿着板子去观察波形，并叫老师来观察，输出频率还是不稳定，老师说“锁 相环这里有问题，要不你换个芯片试试？”老师的这句话倒是提醒了我，当我 换了芯片之后，输出频率立马稳定了，置数后的输出频率个位、十位较好，百 位相对差一点。至此，顺利通过了检查。 在老师、同学和自己的努力下，基本顺利完成了本次课程设计的任务。感 谢蒋老师、感谢同学们的帮助以及组员黄强同学的支持。通过这次实验，使我 了解到自己的理论知识学得还不够扎实，应该努力学好课本中的知识。以后如 果再制作电路图，我应该好好复习相关的知识，把电路原理理解好。也使我知 道，要养成严谨的科学态度。比如，焊接一定要有耐心，连线时，要仔细些。 在遇到不懂的问题时，要认真查阅课外资料，懂得请教同学、老师，懂得得利 用网络资源。 总之，有了之前的的专业学习和课程设计的基础，此次的专业课程设计 完成地还是较为顺利。其中的主要问题是虚焊或者有漏掉焊接的地方，倒没 有什么出大问题的地方。在此过程中也学到了一些排出故障的方法。同时， 也感谢老师、同学、组员的指导。还是很有收获的！ 通过对输出波形的观察，验证系统已满足设计要求，并且实现了设计目 的标和电路功能。
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u i (t ) (ω i)
PD
u d (t )
LF
u)
锁相环路的基本组成框图（1-2）
4.1.2 锁相环路的基本特性： 4.1.2.1 捕捉与锁定特性： 若锁相环路原本处于失锁状态，由于环路的调节作用，最终进入锁定状 态，这一过程，称环路捕捉过程。在没有干扰的情况下，环路一经锁定，其 输出信号频率等于输入信号频率。 4.1.2.2 自动跟踪特性： 若环路原本处于锁定状态，由于温度或电源电压的变化，使 VCO 输出频 率变化，或者输入信号频率变化，通过环路自动相位控制作用，使 VCO 相位 （频率）不断跟踪输入信号的相位（频率） ，这个过程称跟踪过程，或同步 过程。 4.1.2.3 锁相环路的捕捉带与同步带 环路能捕捉的最大起始频差范围称捕捉带或捕捉范围，记作 Δ fP。 环路所能跟踪的最大频率范围称同步带，记作 Δ fH。 当 当 ＞ ＞ 时，环路将不能锁定。 fH 时，环路将不能跟踪。 ＞ 。
f 1kHz
；
2.1.3 基准频率采用晶体振荡频率，要求用数字电路设计，频率稳定度至少达
到 10-5/月的稳定度；
2.1.4 数字显示输出频率； 2.1.5 频率调节采用计数方式，电路设计中要求有消抖动设计。 2.2 设计要求： 2.2.1 要求设计出数字锁相式频率合成器的电路。 2.2.2 数字锁相式频率合成器的各部分参数计算和器件选择。 2.2.3 数字锁相式频率合成器的仿真与调试。 2.3 设计器材： 2.3.1 数字琐相环 CD4046 2.3.2 8421 编码开关 2.3.3 晶体振荡器 100KHz
一般有
4.2 常用集成锁相环路 CD4046 简介：
CD4046 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 600μ W，属微功耗器件。 CD4046 是带有 RC 型 VCO 的锁相环路，属于低频锁相环路。采用 16 脚 双列直插式，图 4-11 为 CD4046 的内部功能框图和构成锁相频率合成器时的 外围元件连接图。从图中可以看出，CD4046 主要由相位比较Ⅰ、Ⅱ、压控振 荡器（VCO） 、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分构成。芯片内含有一 个低功耗、高线性 VCO，两个工作方式不同的鉴相器 PDI 和 PDII，A1 为 PDI
晶振 100kHz
100 分频 1kHz
CD4046
计数器
输出
4.1 锁相环路的工作原理
锁相环（PLL）是一个相位误差控制系统，利用反馈控制原理实现频率 及相位的同步技术。锁相环通过比较输入信号和压控振荡器输出频率之间的 相位差，产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同 频。 4.1.1 锁相环路的组成： 锁相环路的基本组成框图如图 4-2 所示。它由鉴相器（PD） 、环路滤波 器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。其中，PD 和 LF 构成反馈控制器， 而 VCO 就是它的控制对象。
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和 PDII 的公用输入基准信号放大器，源跟随器 A2 与 VCO 输入端相连是专门 作 FM 解调输出之用的，此外还有一个 6V 左右的齐纳稳压管。 4.2.1 CD4046 的内部功能框图及各引脚功能如下： 1. 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. 2 脚相位比较器Ⅰ的输出端。
专业综合课程设计
学 班 姓 学 院： 级： 名： 号：
指导老师： 完成日期： 2012-12-5
内容：
基于锁相环的频率合成器
基于锁相环的频率合成器
1、设计原理框图
基准频率产生电 路 鉴相器 低通滤波器 压控振荡 器
可预置分频 电路
2、基本介绍及设计要求
频率合成是以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频 率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出的准确度与稳定度与参考频率是 一致的。在通信、雷达、测控、仪器表等电子系统中有广泛的应用。 频率合成器有直接式频率合成器、 直接数字式频率合成器及锁相频率合成器三种 基本模式， 前两种属于开环系统， 因此是有频率转换时间短， 分辨率较高等优点， 而锁相频率合成器是一种闭环系统，其频率转换时间和分辨率均不如前两种好， 但其结构简单，成本低。并且输出频率的准确度不逊色与前两种，因此采用锁相 频率合成。锁相式频率合成器是利用锁相环（PLL）窄带跟踪特性来得到不同的 频率。 2.1 设计指标： 2.1.1 要求频率合成器输出频率从 1KHz-999KHz 预置可调； 2.1.2 频率间隔为
f omax V DD U GS f omin 8 R3 C t
时。f0 与 Ud 基本呈直线性
已知 fomin、fomax 和 Ct 以后，就可以由上式中求得 R3 值。实践中， 为微调 f0 的范围，R3 往往采用一只固定电阻和一只可调电阻相串联。
5、心得体会
经过将近两天的焊接和调试，终于顺利完成了此次锁相环的设计任务。 在完成课程设计的过程中，我和班上同学一起互相帮助，互相检查。在老 师布置完课程设计任务的当晚，我就开始认认真真地行动着：当天晚上我从开 始熟悉电路原理图入手，并对照原理图从最简单的部分开始，布线、焊接、检 查等等，以期刚开始不要出错——使得最后调试的时候很麻烦。到晚上十点半 的时候，我把下面一排的三个 4522 都焊好了，并且检查了一遍没有发现错误。 第二天上午，我早早地来到实验室继续开始后续的布线和焊接，首先是锁相环 部分，然后是分频器部分，再是晶振部分，最后是电源和地线部分，借助万用
fo U d U GS V 2U DS DD 8R3 C t 8R4 C t