1、數(shù)字頻率合成器的設(shè)計(jì)與制作,無(wú)線電教研室,鎖相環(huán)框圖,原理復(fù)習(xí),數(shù)字頻率合成器框圖,數(shù)字頻率合成器原理復(fù)習(xí),設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo): 鎖相環(huán)頻率輸出范圍: 1KHz -99kHz 數(shù)字顯示輸出頻率 頻率間隔: f =1KHz,工作任務(wù): 1.完成分頻器設(shè)計(jì) 數(shù)字譯碼顯示電路的設(shè)計(jì) 鎖相環(huán)部分設(shè)計(jì) 2. 畫(huà)電路原理圖 3. 元器件參數(shù)設(shè)計(jì) 4.布線、畫(huà)接線圖、焊接 5.調(diào)試 實(shí)際操作環(huán)節(jié)主要分四部分 a.晶振固定分頻； b.分頻比顯示電路； c.可變分頻部分； d.鎖相環(huán)電路 6、論文 7、答辯,設(shè)計(jì) 方案,1.晶振部分 、分頻部分,2.鎖相環(huán)部分,3. 可變分頻部分,4. 可變分頻比譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電

2、路,CMOS數(shù)字式晶體振蕩器-4M方波信號(hào)輸出,1.晶振部分 、分頻部分,R1 為反饋電阻，使非門(mén)工作在放大區(qū)。即非門(mén)相當(dāng)于高增益的反相放大器，晶體等效為電感，組成諧振電路。產(chǎn)生一個(gè)正弦波的波形，u1B實(shí)現(xiàn)整形功能，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波。,CPA 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端,下降沿有效. CPB 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端. 下降沿有效 CR 清零端 QD 高位, QA 低位 可將二進(jìn)制和五進(jìn)制串起來(lái)作為十進(jìn)制分頻器。,74LS390十進(jìn)制計(jì)數(shù)器用做分頻器,4000=10分頻x10分頻x10分頻x4分頻,分頻,74LS390: 10分頻,分頻比為4000,兩種10分頻方式,74LS390: 4分頻,

3、分頻方式1,分頻方式2,10分頻,10分頻,10分頻,去鎖相環(huán)14腳,4分頻,74LS3904000分頻電路連接,4000=10 x10 x10 x4,74HC00與非門(mén),BCD七段顯示器譯碼器/譯碼器CD4511引腳圖及真值表 IC CD4511 是一組用來(lái)作為BCD 對(duì)共陰極LED 七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖，圖1與真值表圖2所示，其各腳功能如下： LT：做燈泡測(cè)試用，當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測(cè)七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1，則正常*。 BI：空白輸入控制，當(dāng)BI=0 (LT 為1 時(shí)) 則不論DCBA

4、 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對(duì)有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無(wú)意義的數(shù)據(jù)輸入時(shí)顯示出來(lái)造成字型的系亂。,LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0 時(shí)(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會(huì)被送入IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng)LE=1 時(shí)，則IC 中的暫存器會(huì)關(guān)閉，僅保存原來(lái)在LE=0 時(shí)的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說(shuō)當(dāng)LE=1 時(shí)，不論DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來(lái)在LE 由0 轉(zhuǎn)為1 以前的資料。,鎖相環(huán)CD4046,CD4046

5、是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為3V18V），輸入阻抗高(約100M)，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅600W，屬微功耗器件。 CD4046的引腳排列，采用 16 腳雙列直插式，各引腳功能如下： 1腳相位比較器2的輸出端，環(huán)路鎖定時(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為低電平。 2腳相位比較器的輸出端。 3腳比較信號(hào)輸入端。 4腳壓控振蕩器輸出端。 5腳禁止端，高電平時(shí)禁止，低電平時(shí)允許壓控振蕩器工作。 6、7腳外接振蕩電容。 8、16腳電源的負(fù)端和正端。 9腳壓控振蕩器的控制端。 10腳解調(diào)輸出端，用于FM解調(diào)。 11、12腳外接振蕩電阻。 13腳相位比較器的輸出端

6、。 14腳信號(hào)輸入端。 15腳內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓管負(fù)極。,2.鎖相環(huán)部分,CD4046內(nèi)部還有線性放大器和整形電路，可將14腳輸入的的微弱輸入信號(hào)變成方波或脈沖信號(hào)送至兩相位比較器。源跟蹤器是增益為1的放大器，VCO的輸出電壓經(jīng)源跟蹤器至10腳作FM解調(diào)用。齊納二極管可單獨(dú)使用，其穩(wěn)壓值為5V，,CD4046內(nèi)部電路原理主要由相位比較、壓控振蕩器（VCO）、線性放大器、源跟隨器、整形電路等部分構(gòu)成。 比較器采用異或門(mén)結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩個(gè)輸人端信號(hào)Ui、Uo的電平狀態(tài)相異時(shí)（即一個(gè)高電平，一個(gè)為低電平），輸出端信號(hào)U為高電平；反之，Ui、Uo電平狀態(tài)相同時(shí)（即兩個(gè)均為高，或均為低電平），U輸出為低電平。

7、當(dāng)Ui、Uo的相位差在0-180范圍內(nèi)變化時(shí)，U的脈沖寬度m亦隨之改變。,異或門(mén)真值表,式中 為鑒相靈敏度，鑒相特性如圖3.11(C)所示。 數(shù)字式鑒相器線性鑒相范圍較模擬式寬。,對(duì)相位比較器而言，當(dāng)14腳的輸入信號(hào)比3腳的比較信號(hào)頻率低時(shí)，輸出為邏輯“0”；反之則輸出邏輯“1”。如果兩信號(hào)的頻率相同而相位不同，當(dāng)輸人信號(hào)的相位滯后于比較信號(hào)時(shí)，相位比較器輸出的為正脈沖，當(dāng)相位超前時(shí)則輸出為負(fù)脈沖。在這兩種情況下，從1腳都有與上述正、負(fù)脈沖寬度相同的負(fù)脈沖產(chǎn)生。從相位比較器輸出的正、負(fù)脈沖的寬度均等于兩個(gè)輸入脈沖上升沿之間的相位差。而當(dāng)兩個(gè)輸入脈沖的頻率和相位均相同時(shí)，相位比較器的輸出為高阻態(tài)

8、，則1腳輸出高電平。,已知：R4=22M , f0min =1K , f0max =99K 求Ct 、R3,線性：,設(shè)計(jì) :鎖相環(huán)上下限電阻的選取計(jì)算 (f0max=99K,f0min=1K),耗盡型NMOS三極管的柵源導(dǎo)通壓降 UGS =0.5v , 耗盡型PMOS三極管的柵源導(dǎo)通壓降 UDS= 1v Ud VCO控制電壓,按下頁(yè)9.2.3圖：得Ct= 100pF,CD4046內(nèi)部的VCO是一個(gè)電流控制型振蕩器，其振蕩頻率與控制電壓ud之間的關(guān)系 可以表示為：,由（2）得 R3 =51K,帶有預(yù)置數(shù)的10進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器CD4510,3.可變分頻器部分,D3D2D1D0 為分頻比預(yù)置數(shù)輸入端,

9、分頻時(shí)采用減記數(shù)合適,鎖相環(huán)輸出4端作為個(gè)位時(shí)鐘CP輸入。 CD4510兩片全部記數(shù)完成后發(fā)出借位信號(hào),給LD1置1，可重新預(yù)置分頻數(shù)。,Q3Q2Q1Q0 輸出端懸空,帶有預(yù)置數(shù)的10進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器CD4510,CD4011,4011與非門(mén)將兩借位進(jìn)行與，都為0時(shí)分頻完畢。并有延時(shí)作用 輸出控制信號(hào)1到LD，并輸出到鎖相環(huán)3端，分頻完畢,可變分頻比及分頻比數(shù)碼顯示部分,按鍵開(kāi)關(guān)（不帶鎖）輸入分頻數(shù)，作為74LS390的時(shí)鐘,將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)譯碼,并7段碼顯示,基本RS觸發(fā)器構(gòu)成的開(kāi)關(guān)消陡電路消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)不穩(wěn)定。74LS00,共陰7段顯示碼,4511顯示器 驅(qū)動(dòng)電路,CD4511管

10、腳功能介紹如下： LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，CD4511輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。DA、DB、DC、DD、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否正常。,BCD七段顯示器譯碼器/譯碼器CD4511引腳圖及真值表 IC CD4511

11、 是一組用來(lái)作為BCD 對(duì)共陰極LED 七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖，圖1與真值表圖2所示，其各腳功能如下： LT：做燈泡測(cè)試用，當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測(cè)七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1，則正常*。 BI：空白輸入控制，當(dāng)BI=0 (LT 為1 時(shí)) 則不論DCBA 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對(duì)有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無(wú)意義的數(shù)據(jù)輸入時(shí)顯示出來(lái)造成字型的系亂。,LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0 時(shí)(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會(huì)被送入IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng)LE=1 時(shí)，則IC 中的暫存器會(huì)關(guān)閉，僅保存原來(lái)在LE=0 時(shí)的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說(shuō)當(dāng)LE=1 時(shí)，不論DCBA 的輸