基于单片机的锁相环频率合成器

摘要题目：基于单片机的锁相环频率合成器摘要频率，在我们的认知中极为普遍，宏观理解就是每秒钟变化次数，就如蚊子飞行过程中振翅频率，电机旋转频率，以及人体脉搏跳动频率等。而在电子技术领域中，频率也享有极高的地位，我们手机接收的无线电波，以及各种设备之间的通信，都离不开频率的测量与控制。在频率的控制中，锁相环技术脱颖而出，这是一种先进的频率处理技术。它主要由鉴相器，环路滤波器，压控振荡器这几部分，构成一个闭环系统，可实现频率追踪。其精度高响应快稳定性好，如今在各个领域的应用都十分广泛。本文就是基于锁相环技术，设计出一种性能优良的频率合成器。本设计用51单片机作为控制器，控制各相关电路，最后由LCD1602来显示。关键词：频率；锁相环技术；51单片机；LCD1602ABSTRACTThesistitle:PLLFrequencySynthesizerBasedonMCUSummaryFrequencyisverycommoninourcognition.Themacrounderstandingisthenumberofchangespersecond,suchastheflutterfrequency,motorrotationfrequencyandhumanpulsebeatfrequencyintheprocessofmosquitoflight.Inthefieldofelectronictechnology,frequencyalsoenjoysaveryhighposition.Theradiowavesreceivedbyourmobilephones,aswellasthecommunicationbetweenvariousdevices,areinseparablefromthemeasurementandcontroloffrequency.Infrequencycontrol,PLLtechnologystandsout,whichisanadvancedfrequencyprocessingtechnology.Itmainlyconsistsofphasedetector,loopfilterandVCO,whichconstituteaclosed-loopsystemandcanrealizefrequencytracking.Itshighprecision,fastresponseandgoodstabilityarewidelyusedinvariousfields.BasedonPLLtechnology,thispaperdesignsafrequencysynthesizerwithexcellentperformance.Inthisdesign,51single-chipmicrocomputerisusedasthecontrollertocontroleachrelatedcircuit,andfinallyLCD1602isusedtodisplay.Keywords:frequency;PLLtechnology;51MCU;LCD1602目录目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 电路仿真3.1锁相环模块图3-1锁相环模块仿真电路74HC4046是集成的锁相环芯片，按上述硬件介绍，对其接入各相关元器件，如图4-1所示。6引脚为输入引脚，可以接固定频率如晶体振荡器，也可以接变化信号源[14]。3引脚控制分频，由分频模块接入控制。4引脚为压控振荡器的输出端，也是整个锁相环电路的输出。3.2CD4522分频器模块图3-2分频器模块本设计中分频模块，是由CD4522减计数模块组成，如图3-2所示。CD4522芯片有置数功能，可以通过单片机引脚，直接进行并行控制，从而得到任意满足条件的分频。3.3单片机模块图3-3单片机模块在电子设计电路中，单片机的引入，可以大大降低设计难度，节约器件，从而节约制作成本。单片机，一种微型可编程控制器，若把电子设备与人体对照，那么单片机就相当于大脑，我们写程序烧入单片机中，就相当于向大脑中植入思想。如图3-3所示，为单片机最小系统，包括晶振电路、复位电路等。本设计选用51单片机，编写C语言程序控制[15]。3.4显示及按键模块图3-4显示按键模块本文选用LCD1602作为显示屏，通过单片机程序对其初始化后，可以对其控制。所选LCD1602能直接识别字符与ASCII码，将频率值进行位分离，选择显示位置，通过程序可将频率值实时显示[16]。按键部分，程序会有延时消抖，无需外部硬件消抖，按键触发方式为下降沿触发。如图3-4所示，为LCD1602与按键接线连接。4结论锁相环技术，自问世以来，各个领域对其应用越来越广泛。原因在于，其响应速度快，精度高，稳定性又好。在军事领域中，导弹追踪系统，就能将锁相环技术引入，实现有效追踪目标，精准打击。现阶段，人工智能处于热潮，“人工智能”一词常常出现在人们视野，智能化设备也频繁出现，不断投入生产。智能自动化设备，在生产过程中几乎不需要人为操作参与，就能进行一系列标准动作，工作效率极高，为企业节省大量人工成本。如今，市面上已经出现众多成熟的智能机器设备，比较出众的有瑞士的ABB，德国库卡，以及日本的发那科等，这些智能机器设备中，锁相环技术有较高的参与度。本文设计的频率合成器，是以硬件为主体，构成锁相环闭环控制系统。它有标准的晶振作为振荡源，因此只要单片机控制分频，就能实现对输出频率进行控制，再经改进可以作为函数发生器使用。若把晶振换成输入频率，又成了频率跟踪器。由于内部含环路滤波器，可以去除杂波，提取有效频率信号，可以作为很好的追踪器。综上所述，锁相环频率合成器，应用广泛，精度高，响应快，稳定性好，是一种较为完美的自动控制系统。5参考文献[1]刘伟忠.锁相环频率合成器系统级设计研究[D].电子科技大学,2016.[2]段金杰,蔡婷,窦彦军,赵启辉.PLL频率合成器设计与实现[J].电子世界,2016(05):71-72.[3]陈菊侠,林秀丽.频率合成器的设计[J].电子世界,2014(16):157.[4]韩团军.基于锁相环的数字式频率合成器研究与设计[D].长安大学,2013.[5]范先龙.2.4GHz锁相频率合成器的设计与实现[D].电子科技大学,2013.[6]王烨.锁相环频率合成器的单片机控制[J].数字技术与应用,2012(01):20-21.[7]谢力慧.300MHz集成锁相环频率合成器的设计[D].电子科技大学,2011.[8]吴士云.基于DDS+PLL的高性能微波频率合成器的研制[D].东华大学,2010.[9]孔海军.新型干扰电系统的研究[D].天津理工大学,2010.[10]曾克秋.C波段低相噪频率合成器的研制[D].电子科技大学,2008.[11]穆晓华.L波段小步进低相噪频率合成器的研制[D].电子科技大学,2007.[12]刘国梁.L波段的低相噪锁相频率源的研制[D].中国科学院研究生院（上海天文台）,2006.[13]何彩分.宽带捷变频频率合成器的研究与设计[D].电子科技大学,2006.[14]张广栋.C波段频率合成器的研制[D].电子科技大学,2004.[15]许庆丰.单片机中的锁相环频率合成器[J].电子产品世界,1999(08):26-27.[16]孙增友,李建岐.一种单片机控制下的锁相频率合成器的设计[J].东北电力学院学报,1999(02):94-98.6致谢在不知不觉中我们在学校已经度过了四个春秋，真的是光阴似箭，日月如梭，遥想当年刚入学那回还是个啥都不懂的新生，现在就要走上社会了。在这大学四年时光里，学校的人和事真的让我学到很多，我们专业每次酣畅淋漓实验课和每次都会点到差低头的大课堂是让我好像就在昨天，藏书丰富、安静雅致的图书馆是我们大多数闲暇时间的藏身地，校后操场和体育馆是我们每天早晚锻炼身体缓解压力的天堂，井然有序、干净利落的食堂是我们口腹之欲得到满足的地方，凡此种种真是让人感慨。除了这些学校最美的风景就是人。我们大学四年换了三任班主任每个都是尽职尽责，对学生可以严格要求他们遵守纪律，也可以和他们愉快的玩耍，对学生的要求尽量完成，我们四年相处非常愉快。还有四年来的任课教师们，每个老师都是一道靓丽的风景线。其中有位老师在此期间得了癌症我们全都非常担心，辛好这位老师最后还是活了下来，我们非常开心。这四年期间，我们有那种上课严肃认真不准学生开小差的老师，也有那种形式比较随和脾气比较好的老师，有那种诙谐幽默跟学生聊的火热的老师，有那种认真布置作业让学生又爱又恨的老师，他们是学校最美的风景。当然还要感谢我的导师兼班主任朱晓峰老师，在这次论文工作中帮了我很多，要不是老师我的论文不可能完成，更不可能这么顺利，学校一些其他工作人员也很好，不只是那些帮学生处理事情的办公室人员，还有带队实习的领导和为了我们出钱出力的学院，最不能忘的就是那些辛勤劳动的劳动者，像食堂阿姨，每次起得比我们早，睡得比我们晚，而且还要在我们吃饭时劳动干的是又脏又累的活；还有打扫卫生的工作人员跟上面一样每天我们垃圾堆满地，工作人员都会第一时间清扫干净给我们一个良好的环境，可以说校园整洁有他们大半功劳，他们是最值得尊敬的人。大学四年过的真的很快，我还记得自己刚来学校的样子，我期间经历多少变化我依然清楚的记得，那是一辈子都可以珍藏的回忆，无论身在何地想起学校就想到一份美好，学校最像家的地方，虽然很多人说铁打的学校流水的学生但对我们个人而言那是第二个家一样的地方。为什么这么说，套用一句话那有什么岁月静好，只不过是有人替你在负重前行，你的父母是这样，在学校文中提到的人是这样，所以我们才得以享受生活，感谢学校，老师和一切。7附录附录A程序代码#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitP34=P3^4;sbitlcdrs=P3^7;sbitlcden=P3^6;sbitP32=P3^2;sbitP33=P3^3;sbitP10=P1^0;uchardispbuf[3]={0,0,1};ucharcodetable[]="0123456789";inti=0,temp;chartemp_g,temp_s,temp_b;voiddelay(ucharz){ucharx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_data(uchardate){lcdrs=1;P0=date;delay(2);lcden=1;delay(2);lcden=0;}voidwrite_com(ucharcom){lcdrs=0;P0=com;delay(2);lcden=1;delay(2);lcden=0;}voidmain(){//TMOD=0x10;//TH1=(65536-500)/256;//TL1=(65536-500)%256;//ET1=1;PT1=1;EX1=1;EA=1;//TR1=1;lcden=0;//P1=0x00;//P2=0x00;//P10=1;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(table[dispbuf[0]]);write_data(table[dispbuf[1]]);write_data(table[dispbuf[2]]);temp_g=dispbuf[2]&0x0f;temp_s=dispbuf[1]&0x0f;temp_s=temp_s<<4;temp_b=dispbuf[0]&0x0f;P2=temp_b|temp_s;P1=temp_g;}}}//void