电子系统课程设计——锁相环数字发生器

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1、 国家电工电子实验教学中心国家电工电子实验教学中心 电子系统电子系统课程设计课程设计 设设 计计 报报 告告 设 计 题 目 ：设 计 题 目 ： 数 控 脉 冲 信 号 发 生 器数 控 脉 冲 信 号 发 生 器 学学 院：院： 专专 业：业： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2012 年年 1 月月 6 日日 电子系统课程设计设计报告 1 目目 录录 1 设计任务要求 2 2 设计方案及论证 2 2.1 任务分析. 2 2.2 方案比较. 3 2.3 系统结构设计. 3 2.4 具体电路设计. 4 3 制作及调试过程 8 3.1 制作与调试流程. 8 3.2

2、遇到的问题与解决方法. 9 4 系统测试 10 4.1 测试方法. 10 4.2 测试数据. 10 4.3 数据分析和结论. 10 5 系统使用说明 10 5.1 系统外观及接口说明. 10 5.2 系统操作使用说明. 12 使用方法基本上如 5.1 所述。 12 6 总结 12 6.1 本人所做工作. 12 6.2 收获与体会. 13 6.3 缺陷与不足. 13 6.4 对本课程的建议. 14 7 参考文献 14 8 附录 14 电子系统课程设计设计报告 2 1 设计任务要求 1.1 任务 设计并制作一个数字控制脉冲信号发生器。 1.2 设计要求 （1）输出信号频率范围 2.0kHz20.0

3、kHz，步进频率 0.1kHz（即可输出信 号频率 2.0kHz、2.1kHz、2.2kHz、19.9kHz，20.0kHz），输出信号频 率的精度和稳定度要求优于 10-4。 （2）设计信号发生器输出电阻为 50。在负载电阻为 50 时，输出信号高 电平 5V，低电平-5V，误差不大于 10%。（测试时用示波器分别测信号发生 器空载输出电平 UOpen 和带负载时的输出电平 ULoad，应满足 UOpen = 2*ULoad） （3）增加按键输入和显示功能。要求用按键（可用成品键盘或用按键开关 自制，按键数量不限）输入信号频率（按键输入方式不限） ，利用数码管或 液晶显示器显示键入的数字和当

4、前输出信号频率。 （4）增加输出保护功能。当信号发生器输出发生短路时，自动启动保护电 路，切断输出并发出报警。短路去除后，自动恢复正常输出。 2 设计方案及论证 2.1 任务分析 通过查阅一些资料，我们认为本次课设大概可以分成几个模块： 晶振分频，锁相环，倍频 减法器或电平转换，功率放大 单片机控制与显示 保护电路 其中晶振给出一个稳定的频率 f，用分频器 N 分频得到基准频率 f/N，过锁 相环之后用单片机做可变的 M 倍频，最终得到 f*M/N 的输出频率。也可以先倍频 后分频，原理基本一致。 锁相环输出的频率已经是所求频率，但是电压只有 05V，而且没有带负载 的能力。因此我们需要设计电

5、平转换及放大和功率放大两个模块，先把电平提高 电子系统课程设计设计报告 3 到 020，再通过隔直电容滤去直流成分，把电平拉低到-10V+10V 以满足设计 指标。最后通过功率放大器放大电流提高带负载能力。 图图 1 1 设计框图设计框图 2.2 方案比较 分频部分我们有三种方案，一个是采用 CD4060，其内部有起振功能，外接 无源晶振即可；另一个是采用 CD40103，二进制最高 256 分频，但是其没有起振 功能，所以要外接有源晶振；还有一种是使用单片机的晶振，利用单片机自身的 起振电路来起振。 倍频部分我想使用 CD40103，因为它有八个控制端口，二进制 256 分频，便 于单片机控

6、制。或者采用两片 74161，同样实现 256 分频。 锁相环部分也可以选择鉴相器 I 或者鉴相器 II，鉴相器 I 为异或门构成， 要占空比为 50%，而鉴相器 II 为边沿触发，没有占空比要求。 电平转换部分和功放部分我们都考虑了很多芯片，从最开始的 LM324，到后 来选择的 LM311 和 LM356，最后我们确定使用三极管搭接电平转换和功放部分。 2.3 系统结构设计 晶振 M 分频 锁相环 N 倍频 电 平 转换 功 率 放大 控制电路 负 载 输出 电子系统课程设计设计报告 4 图图 2 2 原理框图原理框图 我们最后选定的方案是这样的，外接 1M 无源晶振，经过两片 CD40103 10000 分频，输出基准频率 100Hz 进入锁相环 CD4046 的信号输入端。锁相环压控振荡 器输出端接到单片机控制倍频的电路上，采用 74161 倍频，再反馈接到锁相环鉴 相器比较输入端。鉴相器我们选择 II，不需要占空比，这样就节省一些芯片。 后一级电平转换由三极管和高通滤波实现， 最后采用甲乙类互补推挽功