基于单片机的锁相频率合成器.doc

摘要21、引言22、设计任务及要求22.1 设计任务22.2 设计要求23、频率合成的基本原理框图24、硬件系统的设计34.1 原理图34.2 74HC404634.2.1 74HC4046引脚功能介绍34.2.2 74HC4046内部电路原理图44.2.3 74HC4046典型应用54.3 CD4522引脚功能介绍54.4 CD4518引脚功能介绍64.5 1602LCD的基本参数及引脚功能75、软件系统的设计95.1 流程图95.2 程序代码116、实训小结16参考文献16基于单片机控制的频率合成器摘要给出一种以单片集成PLL芯片74HC4046为核心， 并通过AT89C51 单片机对74HC4046进行控制来实现锁相频率合成器的设计方法。文中在介绍了74HC4046芯片的内部功能结构的基础上， 探讨了锁相频率合成器的基本原理和工作特性； 给出了基于74HC4046的锁相频率合成器的硬件电路结构和软件程序设计方法。该设计经仿真测试证明， 锁相效果良好， 结构精简， 性能可靠。关键词： 74HC4046； AT89C51； 频率合成器1、引言 在现代电子技术的设计与开发过程中，特别是在通信、雷达、航空、航天以及仪器仪表等领域， 都需要进一步提高一系列高精度、高稳定度的频率源的频率精度。这样，一般的振荡器已经无法满足各种应用的发展要求，而晶体振荡器的性能虽然比较好， 但其频率单一， 或只能在极小的范围内进行微调。因此， 本文提出了一种基于单片机AT89C51控制的利用锁相技术以频率合成器芯片74HC4046为核心，来实现锁相频率合成器的设计方案。2、设计任务及要求2.1 设计任务 设计一个基于单片机控制的频率合成器2.2 设计要求1.输入信号为1KHz的方波信号。2.合成的频率范围为1KHz999KHz。3.可设置分频比为1999。4.采用LCD显示。3、频率合成的基本原理框图4、硬件系统的设计4.1 原理图4.2 74HC40464.2.1 74HC4046引脚功能介绍上图是74HC4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各管脚功能：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脚相位比较器的输出端。3脚比较信号输入端。4脚压控振荡器输出端。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、7脚外接振荡电容。8、16脚电源的负端和正端。9脚压控振荡器的控制端。10脚解调输出端，用于FM解调。11、12脚外接振荡电阻。13脚相位比较器的输出端。14脚信号输入端。15脚内部独立的齐纳稳压管负极。4.2.2 74HC4046内部电路原理图74HC4046工作原理：输入信号Ui从14脚输入后，经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器、的输入端，开关K拨至2脚，则比较器将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的误差电压U则反映出两者的相位差。U经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整VCO的振荡频率f2，使f2迅速逼近信号频率f1。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器，继续与Ui进行相位比较，最后使得f2f1，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。若开关K拨至13脚，则相位比较器工作，过程与上述相同，不再赘述。4.2.3 74HC4046典型应用74HC4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V18V），输入阻抗高(约100M)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600W，属微功耗器件。上图是用74HC4046的VCO组成的方波发生器，当其9脚输入端固定接电源时，电路即起基本方波振荡器的作用。振荡器的充、放电电容C1接在6脚与7脚之间，调节电阻R1阻值即可调整振荡器振荡频率，振荡方波信号从4脚输出。按图示数值，振荡频率变化范围在20Hz至2kHz。4.3 CD4522引脚功能介绍CF反馈输入端 CP时钟输入端 D0D3并行数据输入端INH禁止端 ID置数控制端 Q0Q3计数器输出端QZ计数器零输出端 VDD正电源 VSS地CD4522是可预置数的二一十进制1/N减计数器。其引脚见上图。其中D1-D4是预置端，Q1Q4是计数器输出端，其余控制端的功能如下：PE（3）=“1”时D1D4值置进计数器；EN（4）=“0”且CP（6）时，计数器（Q1Q4）减计数；CF（13）=“1”且计数器（Q1Q4）减到“0”时，QC(12)=“1”；Cr(10) =“1”时，计数器清零。单片4522分频器如下图所示：拨盘开关为BCD码开关，如当数据窗口显示“3”时则A和“1”“2”相连；当显示“5”时，则A和“1”“4”相连，其余类推。4个100K电阻用来保证当拨盘开关为某脚不和A相连，也就是悬空时，为低电平。工作过程是这样的：设拨盘开关拨到“N”，当某时刻PE（3）=“1”，则N置到IC内的计数器中，下一个CP来时，计数器减计数变为N-1，一直到第N个CP来时，计数器为0。这时由于CF（13）=“1”，QC（12）=“1”，也即PE（3）=“1”又恢复到开始状态，开始一个新的循环。很显然，每来个N个CP，QC（12）就会出现一个高电平，也就是QC（12）应是CP的N分频信号。4.4 CD4518引脚功能介绍CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。CD4518引脚功能(管脚功能)如下：1CP、2CP：时钟输入端。1CR、2CR：清除端。1EN、2EN：计数允许控制端。1Q01Q3：计数器输出端。2Q02Q3：计数器输出端。Vdd：正电源。Vss：接地。 CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为17和915.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚6脚；11脚14脚）。 CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。 将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS。4.5 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD主要技术参数： 显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引脚功能说明序列号属性符号引脚说明编号符号引脚说明1 VSS 电源地9 D2 数据2 VDD 电源正极10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据/命令选择12 D5 数据5 R/W 读/写选择13 D6 数据6 E 使能信号14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。5、软件系统的设计5.1 流程图主程序流程图键盘扫描流程图脉冲计数流程图5.2 程序代码 #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit P34=P34;sbit lcdrs=P37;sbit lcden=P36;sbit P32=P32;sbit P33=P33;uchar dispbuf3=0,0,1;uchar code table=0123456789;int i=0,temp;char temp_g,temp_s,temp_b;void delay(uchar z) uchar x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void write_data(uchar date) lcdrs=1; P0=date; delay(2); lcden=1; delay(2); lcden=0;void write_com(uchar com) lcdrs=0; P0=com; delay(2); lcden=1; delay(2); lcden=0;void main() TMOD=0x10; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; ET1=1; PT1=1; EX0=1; EX1=1; EA=1; TR1=1; lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x04); write_com(0x01); write_com(0x80); write_data(F); write_data(r); write_data(e); write_data(q); write_data(u); write_data(e); write_data(n); write_data(c); write_data(y); write_data(:); write_data(*); write_com(0xc0+13); write_data(K); write_data(H); write_data(z); while(1) if(temp=0) temp=1; if(i=0) write_com(0x80+10); write_data(*); else write_com(0x80+10); write_data( ); if(i=1) write_com(0x80+11); write_data(*); else write_com(0x80+11); write_data( ); if(i=2) write_com(0x80+12); write_data(*); else write_com(0x80+12); write_data( ); write_com(0xc0+10); write_data(tabledispbuf0); write_data(tabledispbuf1); write_data(tabledispbuf2); temp_g=dispbuf2&0x0f; temp_s=dispbuf1&0x0f; temp_s=temp_s3) i=0; while(P32=0);void INEX1() interrupt 2 delay(2); if(P33=0); temp=0; dispbufi+; if(dispbufi9) dispbufi=0; while(P33=0);6、实训小结 开学第一周我们进行了这学期的第一个实训，基于单片机的频率合成器。对于这个实训，最开始是对电路图的设计，我们从网上搜集了一些资料，然后结合平时所学，最终将电路图设计完整，经过老师检查没有问题之后我们就开始了软件系统的设计，主要就是写程序。说到程序这是我们最头疼的事，大都只懂得一些基础的，更深层次的就不行了。我们也借助了网络，在网上找了一些类似的代码，然后自己再修改一下，不过花了很多心思才弄好了。最后就是焊接电