（定稿）基于AT89C51的锁相频率合成器的设计（全套下载）

本锁相环频率合成技术主要以模拟电路形式出现，已经成为种成熟的频率合成技术，出现了大量的可编程控制的高集成度产品，所以在频率合成器的设计中，环路滤波器的设计成为重点，这样，对环路滤波器的分析变得重要。

通过对设计产品的输出频率相位噪声杂散输出和转换时间的理论分析，可以尽可能地设计出高质量的产品。

加个的补偿电容，将会使振荡频率更加的稳定。

锁相环电路锁相环的应用锁相环在调制和解调中的应用，调制和解调的概念为了实现信息的远距离传输，在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复原信号。

所谓的调制就是用携带信息的输入信号来控制载波信号的参数，使载波信号的个参数随输入信号的变化而变化。

载波信号的参数有幅度频率和位相，所以，调制有调幅调频和调相三种。

调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化调相波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化该单元是系统工作的核心部分，根据题目要求，我们选用公司的该集成芯片带单模预置计数器接口，分别用条和条并行输入数据线控制计数器和计数器编排程序，其特征是包括参考振荡器，可选参考频率分频器，数字相位检测器和可以编程的除以的比特计数器。

是的改进型产品，集成可以利用计数器的输出，单模并行编程。

用户可以选择的个值选择范围。

在其内部“线性化”的数字频率相位检测器能改进传输函数的线性度，其内部结构如图。

图内部结构图引脚如图。

为频率输入端，合成器的除部分的输入般是从导出而以交流方式耦合到本器件，对于振幅较强的信号标准逻辑电平，直流耦合也是适用的。

为参考分频器地址输入，这三个输入组成了种码，它可以为整个参考分频器商定个分频值之，这些地址码如下表所示。

表地址码图芯片为计数器的编程输入，当除计数器的计数为零时，这些输入端供给预调计数器的数据。

为最低位，为最高位。

能完成多种功能，但该集成的压控振荡器的频段跨越范围不宽且工作频率最高仅。

方案二采用串行输入频合器如内含参考振荡器参考分频器相位检测器可编程计数器及接收串行输入数据所必需的移位寄存器和锁存电路，其优点是工作频率高，占用单片机的外围接口不多，为实现单片机的其它控制节省了硬件资源。

但由于采用串行编码，测试起来不直观，而且芯片不易购买。

方案三集成锁相频率合成。

该芯片是块位并行码输入的单模单片锁相环频率合成器，片内包括外接晶体的振荡分频器个可编程序分频器个鉴相器和锁定检测器。

参考分频器带有位计数器，参考分频比通过三个输入端控制的存储及编码。

最大可变分频比为，最高工作频率为。

该集成配合独立便能满足系统设计的要求。

本设计的特点是全面采用数字电路方案，因而工作稳定可靠。

利用单片机控制管理，使频率设置和占空比调整等操作可用键盘输入，十分方便。

数字频率合成技术使输出频率准确和稳定，频率分辨率为基准频率或由于晶体振荡器具有很好的长期时间稳定性，锁相环具有很好的短期时间稳定性，两者相结合可在设计要求的频率范围内获得近似于晶体振荡器的频率稳定度，这是本方案最重要的特点。

另外，电路产生的信号波形很好，其中正弦信号的失真度仅为.。

对于小型通用信号产生器而言，这是个比较理想的设计方案。

考虑到实际情况，我们选择了第三个方案即采用。

是具有双模分频比预置定频器的锁相环频率合成器集成电路。

适用于高频通信设备作频，率合成器用。

它具有三种封装形式，以后缀字母加以区别，其中为脚双列直插式封装，为脚双列直插式封装，为脚贴片封装，为脚贴片式环形封装。

单片机部分的选择由于众多单片机里，系列单片机结构比较简单，且可以实现多种功能，价格也比较合理，单片机语言也主要是汇编语言，故选择系列单片机作为系统所用单片机。

显示部分此时相位差为零，那么鉴相器输出也为零，环路滤波器输出也必定为零。

因此输出频率必然为其中心频率。

如果输入信号的角频率不等于，那么鉴相器会产生非零输出，环路滤波器也将产生输出信号，这将使的中心频率朝着相差消失的方向变化。

现在假设输入信号频率在时刻突变，如图所示，输入信号的相位则开始偏离输出信号相位，两者之间产生相位差，并随时间而增大。

这时，鉴相器产生输出信号也随时间而增大，经环路滤波延迟后也增大，这就使得的频率提高，相位差减小，经段时间之后的频率将精确地等于输入信号的频率，其最终相位差将根据所使用的环路滤波器类型可能减小到零或很小的有限值。

显然，此时的工作频率比其中心频率高。

那么，环路滤波器输出最终应为，是的压控增益。

如果输入信号是个低频调制的调频信号，则环路滤波器输出就是解调出来的低频信号，因此锁相环可用作调频信号解调器。

锁相环的种奇特功能是可以抑制叠加在输入端的噪声，把深埋于噪声中的有用信号检测出来。

锁相环的这些功能，就在于它是控制输出信号相位的伺服系统。

图输出相位偏移图.锁相频率合成器的基本原理锁相频率合成器是由锁相环路构成的，锁相环是种相位负反馈系统。

锁相环实质是个相位误差控制系统。

通过比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差，从而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。

在环路开始工作时，如果输入信号频率与压控振荡器频率不同，则由于两信号之间存在固有的频率差，相位差势必直在变化，鉴相器输出的误差电压就在定范围内变化。

在这种误差电压的控制下，压控振荡器的频率也在变化。

若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号频率相等，在满足稳定性条件下就在这个频率上稳定下来。

达到稳定后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压为固定值，环路就进入“锁定”状态。

它利用环路的窄带跟踪与同步特性，将鉴相器端的输出相位与另端晶振参考的相位保持同步，实现锁定输出频率的功能。

同时可得到和参考源相同的频优点是不同频率间的转换时间很短和具有很好的频率分辨率缺点是不能产生大量的输出频率，杂散分量多，对滤波和屏蔽的要求很高，功率相当大。

这种方法现在很少使用。

直接数字式频率合成是种近年发展起来的新的频率合成技术，是从相位的概念出发进行频率合成的。

它采用了数字取样技术，将参考信号的频率相位幅度等参数转变为组取样函数，然后直接运算出所需要的频率信号，并把数字量形式的信号通过数模转换器转换成模拟量形式，在时域中完成频率合成。

其主要优点是转换频率的时间短可达级，频率相位和幅度均可实现程控缺点是输出信号的频率上限不够高，使其在高频段应用受限。

锁相式频率合成是种将锁相环原理应用于频率合成的方法。

其优点是由于锁相环相当于窄带跟踪滤波器，它具有良好的窄带跟踪特性，能很好地选择所需频率的信号，抑制寄生分量，而且避免了大量使用滤波器，有利于集成化和小型化此外，个设计良好的压控振荡器具有较高的短期频率稳定度，而高精度标准晶体振荡器则具有很好的长期频率稳定度，利用锁相环路把二者的优点结合在起，就使锁相式频率合成法能够提供长期稳定度和短期稳定度都比较高的信号输出缺点是频率转换时间比较大，由环路内噪声引起的输出信号相位抖动比较大。

.锁相频率合成器当前，随着数字技术的发展及微控制器在电子系统中的广泛应用，在很大程度上改变了传统的设计方法，数字频率合成技术的应用也日益广泛。

数字频率合成器应用于通信设备中，使得工作频率的选择变得极为简单而又精确。

并且随着大规模集成电路技术和单片微机技术的迅速发展，大大促进了数字锁相频率合成器集成化程度的提高和体积的缩小，满足了通信设备的高集成度和超小型化的要求。

特别适合些特殊场合的应用。

串行数字锁相频率合成器体现了程序设计和锁相技术的结合。

这种合成器从总体结构上看由单片机锁相环及可编程分频器三部分组成。

其中可编程分频器是单片微机与锁相环之间的接口，同时也是组成数字锁相频率合成器的关键部件。

随着半导体工艺和集成电路技术的快速发展，出现了许多用于频率合成的大规模集成电路。

在这些大规模集成电路中，把频率合成器的主要部件如参考分频器程序分频器鉴相器锁定指示器甚至微处理器等集成在同芯片上。

再配上参考振荡器压控振荡器环路滤波器及高速前置分频器，即可构成完整的频率合成器。

基于频率，合成器，设计，毕业设计，全套，图纸第章绪论.锁相环路锁相环路是个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，它在无线电技术的各个领域得到了很广泛的应用。

锁相环路有其独特的优良性能，它具有载波跟踪特性，作为个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声之中的信号用高稳定的参考振荡器锁定，可作提供系列频率高稳定的频率源可进行高精度的相位与频率测量等等。

它具有调制跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器。

它具有低门限特性，可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。

年代以来，随着集成电路技术的发展，逐渐出现了集成的环路部件通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路，锁相环路逐渐变成了个成本低使用简便的多功能组件，这就为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。

锁相环是个相位误差控制系统。

它比较输入信号和振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制信号来调整振荡器的频率，以达到与输入信号同频同相。

所谓全数字锁相环路就是环路部件全部数字化，采用数字鉴相器数字环路滤波器数控振荡器构成的锁相环路。

本文采用锁相式频率合成的实现方法，实现中必须解决的关键技术问题是减小相位噪声，以满足用户提出的较为苛刻的相位噪声指标。

本课题是设计个由单片机定时计数器及单片机集成锁相环路组成的可程控频率合成器，所以设计过程会涉及到锁相环路频率合成器和单片机方面的知识。

.锁相技术发展锁相原理在数学理论方面，早在年代无线电技术发展的初期就己出现。

年己建立了同步控制理论的基础。

年贝尔赛什第次公开发表了锁相环路的数学描述，用锁相环路提取相干载波来完成同步检波。

到了年代，电视接收机的同步扫描电路中开始广泛地应用锁相技术，使电视图像的同步性能得到很大改善。

进入年代，随着空间技术的发展，由杰斐和里希廷利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器获得成功，并首次发表了包含噪声效应的锁相环路线性理论分析的文章，同时解决了锁相环路最佳化设计问题。

在年代，维特比研究了无噪声锁相环路的非线性理论问题，并发表了“相干通信原理”书。

到年代林特塞和查利斯进行了有噪声的阶二阶及高阶锁相环路的非线性理论分析，并