MC1648_PLL 高频信号发生器

FM调制器（MC1648 + MC12022 + MC145152）摘要：本设计是基于数字频率合成技术，采用单片机来完成控制的FM调制器。

利用锁相环式频率合成器，由单片机实现对PLL频率合成芯片MC145152的控制。

可自动改变频率，步进达100KHz；可实时测量压控振荡器输出频率，并用液晶显示器显示；采用了AGC电路来稳定输出电压；功率放大选用三极管S 9018，提高了放大器的效率。

同时系统还实现了频率扩展、立体声编码等实用性功能。

程序设计采用C语言,在单片机AT89C52芯片上编程实现，经测试，整机功能齐全，发射信号正常；输出频率稳定度优于10-5；输出功率≥100mW；输出阻抗为50Ω。

关键词：压控振荡器数字频率合成单片机 MC1648The modulate of FM TransmitterAbstact：The system adopting microcontrollers 51 to design the Frequency Modulation Transmitter is base d on the digital frequency synthesize technical. The system is made up of Voltage Control LC Oscillator, Phase Locked Loop, AGC circuit, Dual–Modulus Prescaler, microcontrollers circuit , peak to peak voltag e value measure circuit, LCD module and keyboard.The digital PLL circuit is made up of some integrate circuits,they are MC145152、MC1648、MC12022.it can improve stability of frequency. It can automatical ly change and measure the frequency of Transmitter with a step of 5 kHz and P out and display it by LC D. Meantime it realizes the functions of expanding the frequency, stereo coding, amplify the power etc.M ocrocontrollers adopts AT89C51 which is produced by Corp Atmel , it belong to the catena of 51,adaptin g to designing the program with C. It is proved to be well functioning, the output frequency is stable,the sine wave is beautiful and lubricity. because of adopting the digital PLL frequency synthesize technical, the stability of frequency add to 10-6; when the signal pass filter.The Signal-to-Noise attain the standard of A , promulgated by nation.Keywords：VCO digital frequency synthesize singlechip MC1648目录第一章系统设计 (3)1.1 总体设计方案 (3)1.1.1 设计要求 (3)1.1.2 设计思路 (3)1.1.3 方案论证与比较 (3)1.1.4 系统组成 (6)第二章单元电路设计 (6)2.1 压控振荡器的设计 (6)2.2 锁相环路的设计 (9)2.2.1 PLL频率合成电路设计 (10)2.2.2 前置分频器 (11)2.2.3 鉴相器 (12)2.2.4 环路滤波器 (13)2.2.5 电源电路 (14)2.3 功率放大电路的设计 (14)2.4 立体声编码器的设计 (15)2.5 输出功率测量的设计 (16)2.6 控制电路设计和频率计算 (16)第三章软件设计 (18)3.1 MC145152的控制和显示部分的设计 (18)3.2 测频计的设计 (19)3.3 TLC549的控制程序设计 (20)3.4 液晶显示驱动的设计 (20)第四章系统测试 (21)4.1 测试使用的仪器 (21)4.2指标测试和测试结果 (21)4.2.1输出频率范围和稳定度的测试 (21)4.2.2输出功率的测试 (21)4.2.3 VCO可实现的功能 (21)第五章结束语 (22)第六章参考文献 (22)附录 (22)第一章系统设计1.1总体设计方案1.1.1 设计要求1．基本要求（1）载波的频率范围68Mhz～88Mhz；（2）步进100Khz，随时可调；（3）载波频率稳定度优于10-3；（4）最大频偏：75Khz；（5）频率响应：100hz～10Khz， ±6dB；（6）失真度：100hz～10Khz，≤3%dB；（7）信噪比：20lgS/N≥40dB；（8）残波辐射：10lgP0/PN≥40dB；（9）射频输出功率：100mW，负载50Ω；（10）能显示载频频率和输出载波功率。

2．发挥部分：（1）载波频率稳定度提高到10-5；（2）加载立体声编码器；（3）进一步提高残波辐射指标，优于50dB；（4）进一步提高音质三大指标（即频率响应、失真度和信噪比）；（5）其他（例如扩大载波的频率范围等）。

1.1.2 设计思路按照题目的要求，主要设计一个FM调制器，使其输出68Mhz到88Mhz的频率信号。

该设计的核心是数字频率合成技术，利用锁相环的原理，使VCO的频率锁定在参考频率的稳定度上。

采用自动增益控制（AG C）电路使输出电压幅值稳定。

控制和显示部分的设计采用单片机来完成。

并且增加了立体声编码等功能，使该方案更加完善。

1.1.3方案论证与比较1．压控振荡器的设计方案论证与选择方案一：采用分立元件构成。

利用低噪声场效应管J310作振荡管，用两对变容二极管直接接入振荡回路作为压控器件，电路属于电感三点式振荡器。

图1.1.1为其简化电路图。

该方法实现简单，但是调试困难，而且输出频率不易灵活控制。

图1.1.1 分立元件构成的VCO简化电路方案二：采用压控振荡芯片MC1648和变容二极管MV209，外接一个LC谐振回路构成变容二极管压控振荡器。

选取适当的电感，便可改变MC1648的输出频率。

另外，MC1648内部有放大电路和自动增益控制，可以实现输出频率稳幅，射极跟随器有隔离作用，可减小负载对振荡器工作状态的影响。

由于采用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。

图1.1.2 大规模压控振荡器电路（MC1648）综上，拟定方案二利用压控振荡芯片MC1648和变容二极管MV209，外加一个LC并联谐振回路来设计压控振荡器。

2．频率合成器的设计方案论证与选择频率合成是整机的核心，为了得到高度稳定的频率输出，并且输出频率可调，可以采用锁相环频率合成技术，输出频率稳定度与晶振的稳定度相当，达到10-5，频率步进可以为任意值。

此技术采用单片机来实现控制。

方案一：模拟锁相环路法，通过环式的减法降频，将VCO的频率降低，与参考频率进行鉴相。

优点是：可以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率不高，频率变化范围不大，比较好做，带内带外噪声和锁定时间易于处理。

不需要昂贵的晶体滤波器。

频率稳定度与参考晶振的频率稳定度相同。

缺点是分辨率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较困难。

方案二：数字锁相环路法，如图1.1.3所示，通过数字逻辑电路把VCO（压控振荡）的频率降低到鉴相器的参考频率上，采用的是除法降频。

除具有方案一的优点外，克服了方案一的缺点，还能与灵活方便的数字电路结合，做成数控可变分频，得到任意的频率，并且便于集成化，大大简化电路连线，缩短电路制作时间，降低整机体积。

综合考虑，本设计采用方案二。

图1.1.3数字锁相环频率合成原理3．控制模块的设计方案论证与选择方案一：采用单片机控制，其使用灵活方便，能较大限度的开发其自身资源，性价比高。

方案二：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心。

由于FPGA具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，特别是结合EDA（电子设计自动化），可以达到很高的效率。

系统的多个部件如频率测量电路，键盘控制电路，显示控制等都可以集成到一块芯片上，大大减小了系统的体积，并且提高了系统的稳定性。

考虑到目前使用FPGA的成本较高，作为产品，选用方案一更合适。

4．测频模块的设计方案论证与选择方案一：采用数字集成电路设计一个频率计来测量输出频率。

该电路的设计中包括了放大整形电路、时基电路、逻辑控制电路、计数器、锁存器等，其组成框图如图1.1.4所示。

其中放大整形电路可由晶体管3D G100与74LS00等组成；时基电路由555定时器构成的多谐振荡器产生；逻辑控制器由74LS123构成，产生高低电平控制锁存器和计数器的工作；计数器选用74LS90；锁存器选用74LS273；最后通过74LS48译码显示。

虽然原理简单，实现比较容易，但是电路复杂，可靠性不高。

图1.1.4 数字集成频率计组成框图方案二：采用单片机来实现测频功能。

将压控振荡器的输出频率经过前置分频器MC12022进行高速分频后再经过74LS390进行固定分频，然后送入单片机测量，并实时送入液晶显示器显示测得的频率。

由于MC1 2022可对输入正弦波整形，所以不需外加整形电路，这样硬件电路十分简单，只利用软件编程便可实现一系列的功能。

集成于一块芯片上，可靠性高，准确性好，且容易实现。

图1.1.5 采用单片机实现的频率计组成框图综上，拟定方案二用单片机实现输出频率的测量。

5. 功率放大电路方案选择与论证方案一：采用电子管作为高频功放的电子器件。

就高频大功率而言，电子管在输出功率和最高工作频率方面仍占优势。

方案二：采用晶体管作为高频功放的电子器件。

晶体管具有体积小、重量轻、耗电省、使用寿命长等优点，但其内部物理过程比电子管复杂得多，且其高频功放工作状态的计算十分困难，通常只进行定性的分析与估算，再依靠实验调整到预期的状态。