文是本人在指导教师的指导下研究撰写的成果，设计论文中所引用他人的文字研究成果，均已在设计论文中加以说明在本人的毕业设计论文中未剽窃抄袭他人的学术观点思想和成果，未篡改实验数据。本设计论文和资料若有不实之处，本人愿承担切相关责任。学生签名年月日基于的全数字锁相环设计摘要本设计是设计种二阶全数字锁相环，使用比例积分算法代替传统锁相环路系统中的环路滤波，并使用相位累加器实现数控振荡器的功能。在实际工程中所应用的锁相环无论其功能和结构有何差别，其基本结构应该都由三个基本部件鉴相器环路滤波器和压数控振荡器构成。本设计的主要任务就是沿用此基本结构，在具体实现上采用了全新的控制和实现方法来设计这三大模块。该锁相环由实现，采用和作为软件开发环境，其灵活性速度优化和资源控制都能够更好的体现。设计调试好此系统后，需进行后期的锁相环数据分析，记录分析的数据主要包括分析锁相环系统的稳定性分析系统的跟踪误差通过调节比例和积分系数以调节系统稳定性和锁相速度，做好分析图表。关键词全数字锁相环，比例积分环路滤波，第章绪论课题背景及意义国内外相关研究状况技术与语言简介第二章软件方案选择论证鉴相器程序设计实现方案环路滤波器的程序设计的实现方案数字振荡器的程序设计的实现方案程序设计实现方案软件设计系统时钟的选择第三章锁相环系统介绍锁相环系统的分类及性质模拟锁相环数字锁相环锁相环的性质带宽线性锁相环的工作原理与结构鉴相器环路滤波器压控振荡器环路相位模型环路的动态方程第四章锁相环系统的软件设计及仿真系统软件设计要求数字鉴相器的软件设计及仿真数字环路滤波器的软件设计与仿真数控振荡器的软件设计与仿真锁相环系统软件设计中遇到的问题及解决方法第五章锁相环系统的硬件环境及调试锁相环系统的硬件环境开发板的介绍锁相环系统的载入开发析调试锁相环系统硬件调试所遇到的问题及解决方法第六章锁相环系统相关参数的分析确定及数据的测试分析锁相环系统相关参数的分析确定锁相环系统比例参数积分参数的确定锁相环系统比例和积分计数限幅参数控制参数限幅参数的确定数字锁相环系统数据的测试分析锁相环系统的稳定性分析锁相环系统跟踪误差的分析调节比例积分系数来分析系统的稳定性和锁相速度总结致谢参考文献第章绪论课题背景及意义锁相环路是个能使输出锁相信号频率跟踪输入被锁信号频率的闭环控制系统。年，首次公开发表了描述锁相环路工作原理的文章，但没有引起足够的重视。到了年，锁相环路才应用到电视接收机信号的同步中去。从此，锁相环路开始得到了应用。但是，技术上存在的不足以及花费高昂的成本，主要在航天航空等高科技领域应用锁相环，同时也在部分要求精度高的测绘测量仪器及尖端通信设备用到。到了年，集成化电路发展迅速，各种功能多种的集成部件集成锁相环路芯片以及专门的锁相环路的出现，为锁相环的广泛应用打下了良好的基础。至今，锁相环路普遍应用在调制解调信号彩色电视机副载波信号提取频率合成等。从六十年代开始，人们开始研究数字锁相环路。开始，只是用数字化的器件代替模拟锁相环路中的部分器件。如把模拟锁相环中的压迫振荡器由数控振荡器代替。此外，在模拟锁相环中集成数字鉴相器也能使环路性能大大提高。此后，出现了全数字化锁相环路。所谓全数字化，就是采用数字鉴相器数字环路滤波器数控振荡器全数字化的器件构成的锁相环路。当前，全数字锁相环已发展多年，相关的技术也越来越成熟。并将全数字化锁相环路应用到倍频信号同步时钟提取以及同步载波提取等方面。锁相环路具有很多优良的特性。它可以测量信号的相位和频率，而且精度很高它作为个窄带低通滤波器，可以滤波大部分的高频干扰信号，从噪声之中提取出有用的信号，能够跟踪载波当有高稳定的振荡源时，它可以提供高而稳定的频率源。它有跟踪调制特性，可制成性能高的解调器和调制器。它有门限低的特性，对模拟信号和数字信号的解调质量的改善起到了很大的作用。锁相环路的数字化，更易于集成化。集成锁相环的体积减小，成本降低，可靠性越来越强的优点在各方面更好的体现出来。因此，研究能够嵌入系统芯片的全数字锁相环，提高环路的工作性能，具有很重要的意义。国内外相关研究状况现今，锁相环技术的发展达到了个新的层次。随着电子设计自动化技术的发展，采用大量可编程器件，以硬件描述语言为设计工具来设计锁相环，把整个锁相环系统集成到芯片中，构成片内锁相环。而锁相环的性能也在稳步中不断提高。技术与语言简介是的简称，即现场可编程逻辑器件，是除外的另大类大规模可编程逻辑器件。对其硬件的了解应注意以下点芯片工作电源和接入的要求。现今常用芯片所用的电平主要上有和的电平。与其它器件相接时要注意电平的转换。编程模式。常用的有模式和模式。在模式下编程，配置文件是下载到的配置芯片中，断电不保存。在模式下，配置文件是下载到中，掉电后可保持。多用途端口专用输入口口口全局控制口锁相环时钟输入输出口的使用方法及电气性能。内部的嵌入式模块。配置器件。面向的开发流程设计输入主要有两种方法，是图形输入，二是硬件描述语言文本输入综合事实上，设计过程中的每步都可称为个综合环节。设计过程通常从高层次的行为描述开，以最底层的结构描述结束，每个综合步骤都是上层次的转换布线布局适配仿真在编程下载前使用仿真软件对程序的结果进行模拟仿真测试，以验证程序的正确性，就称为仿真。下载和硬件测试把生成的配置文件下载到芯片进行实际的程序结果验证。硬件描述语言是技术的重要组成部分，常见的主要有和。第二章设计方案选择论证鉴相器程序设计实现方案方案采用异或门实现鉴相适用于波形对称的情况，线性鉴相范围为，线性增益。鉴相灵敏度高且易于实现，但是需要依靠信号在器件和线路中的延时来工作，而且在电路中会产生毛刺，不便在中实现。方案二边缘控制鉴相器实现鉴相通过捕捉被锁信号和锁相信号的上升沿或是下降沿，进而确定被锁信号和锁相信号的超前滞后情况以及相位差的脉冲宽度。整个鉴相过程比较复杂，对时序的处理要求很好，实现起来也不是很容易，但是能很好的避免了毛刺信号的产生，提高鉴相效率。方案二较方案实现起来复杂，但是能够很好的提高系统的性能，综合考虑选择方案二。环路滤波器的程序设计的实现方案方案脉冲序列低通滤波计数的环路滤波器根据鉴相器输出的相位误差信号的脉冲宽度及超前滞后情况对变模可逆计数器进行加减计数。当计数加达到上行阈值时，输出个进位脉冲，当计数减达到下午阈值时，输出个借位脉冲。进位或借位脉冲控制数控振荡器加或减个时钟脉冲进行控制数控振荡器的输出频率。其实现方法思维简单，易于理解，在定频率范围，能很好的滤除信号中的高频杂波，但是其工作原理是个非线性过程，无法作合理的线性近似，这样就不能够得到这个部分的传递函数，这样也就不能推导出整个锁相系统的传递函数，给系统参数的设计确定及系统性能的分析带来了不便。方案二采用比例积分法的环路滤波器采用比例积分方法的环路滤波器能克服上述脉冲序列低通滤波计数的方法的不足，量化地计算出锁相系统的设计参数以及评估锁相性能，从而简化数字锁相系统的设计实现充分利用相位误差信号的特征，从而在锁相范围跟踪速度和稳定性上获得更好的性能。综上，选择方案二。数字振荡器的程序设计的实现方案为了提高输出信号的频率控制精度，减小锁相环输出信号的相位抖动，选择利用小数分频方法实现的数字控制振荡器。程序设计实现方案方案采用语言进行开发产业界比较流行，其语法比较自由。已经使用了快年，使用者众多，也拥有有很多成熟的资源下载。方案二采用语言进行开发目前，高校教学主要采用，其语法比较严谨。适合于比较抽象大型的系统建模。比有更高层次的描述结合自己掌握情况，选择方案。软件设计系统时钟的选择方案系统采用时钟方案二系统采用时钟方案三系统采用时钟理论上系统时钟越高，对应锁相环的锁相频率范围及锁相频率上限都应该相对应的变大变高。但是通过实际的硬件下载调试，当系统时钟较高时，整个锁相环系统会出现不稳定的情况。综合锁相环的频率范围和稳定性系统最终选择的工作时钟，即方案三。第三章锁相环系统介绍锁相环系统的分类及性质锁相环系统根据其实现方法可分为模拟锁相环和数字锁相环。模拟锁相环模拟锁相环把输入的锁相信号的相位与压控振荡器输出信号的相位进行比较，得到相位误差信号，由电压来度量。之后，该误差电压经过环路滤波器进行滤波，环路滤波器输出的电压信号输入压控振荡器控制压控振荡器的振荡频率，以逐渐减小输入的被锁信号与压控振荡器输出信号之间的相位误差。当环路锁定时，控制电压把压控振荡器输出信号的频率的平均值调整到与输入信号频率的平均值完全样，而且保持固定的相位差。对于输入信号的个周期，振荡器仅输出个周期。数字锁相环数字锁相环把周期性输入的被锁信号的相位与数控振荡器输出信号的相位进行比较，得到相位误差的脉冲信号，其电平高低能表征两者相位的超前滞后情况，其脉冲宽度能表征两者相位误差的大小。相位误差的脉冲信号经过数字环路滤波器滤波，得到用于控制数控振荡器振荡脉冲个数的控制脉冲信号，进而进而对数控振荡器输出信号的频率进行调节。数控振荡器输出信号通过固定的分频倍数反馈回数字鉴相器与输入被锁信号进行相位比较。进而达到频率调节作用。数字锁相环的电路完全数字化，使用基本的门电路就能实现其锁相环的功能。因此，系统只工作在导通和截止两种状态，能很好的滤除外界不必要的干扰因素。系统的可靠性大大提升。数字锁相环的另个突出优点是环路部件甚