基于CD4046鎖相環(huán)的頻率合成計(jì)報(bào)告

• 可以熟練運(yùn)用鎖相環(huán)模塊
• 理解鎖相環(huán)各個(gè)參數(shù)的作用
• 學(xué)會(huì)根據(jù)不同的情況去調(diào)整鎖相環(huán)不同的參數(shù)
  

1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)頻率步進(jìn)100hz的頻率合成器；

2、頻率抖動(dòng)不超過100hz；

3、頻率范圍在300-400k。

先由晶振產(chǎn)生一個(gè)8MHz的信號(hào)，經(jīng)過80000分頻變?yōu)?00Hz的信號(hào)；然后輸入CD4046的14腳（相位比較器2），VCO的輸出信號(hào)經(jīng)過N分頻后變?yōu)樾枰玫降男盘?hào)頻率再輸入到4046的3腳與100Hz的信號(hào)進(jìn)行對比，最后兩個(gè)信號(hào)頻差位0時(shí)即可得到我們需要的信號(hào)。

以8M晶振為核心搭建的一個(gè)能輸出8MHz信號(hào)的模塊。

M分頻模塊是以5個(gè)4522芯片為核心，輔以74ls08和74ls04搭建的一個(gè)80000分頻模塊。對晶振的8MHz信號(hào)進(jìn)行分頻變?yōu)?00Hz信號(hào)。

該模塊是在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加以更改后得到的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求是300k~400k的帶寬，電壓為10V，但我們做出來的電路板必然會(huì)存在誤差，所以吸收以前的教訓(xùn)，我們將帶寬變寬，變?yōu)?00k~500k，這樣上下都有100k的誤差范圍就可以在一定范圍內(nèi)抵消讀數(shù)、焊接、制板和環(huán)境帶來的誤差，從而更好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

圖一

圖二

我們已知R2=10k，fmin=200k，fmax=500k，Vcc=10V,由圖一可知，C1大約在15pF左右。fmax/fmin=2.5，所以R2/R1=2，所以R1=5K。R3與C2的值可以通過公式計(jì)算得出，2fc=2fl=300k，所以τ=1/300000π=0.00000106。此時(shí)取              R3=1k，C2可以用1nF。為了以防萬一我在R1和R3后面又接了滑阻，方便更改。

在4522的基礎(chǔ)上加上撥碼開關(guān)，通過撥碼開關(guān)控制分頻大小。

晶振及M分頻PCB圖

鎖相環(huán)及N分頻PCB圖

其中紅線部分為頂層線路，藍(lán)色部分為底層線路，又因?yàn)槭菃螌影�，所以紅線部分預(yù)留出排針焊盤然后通過飛線連接。

• 將圖打印到油印紙上
• 將圖裁下來與板貼在一起放進(jìn)熱轉(zhuǎn)印儀上，來回4-5遍
• 將油印紙撕下，看線路是否完整，將板放入腐蝕液中腐蝕
• 腐蝕完將碳磨掉，將板清洗干凈
• 對應(yīng)焊盤打孔
  

對應(yīng)原理圖與PCB圖，將原件一個(gè)個(gè)焊接上，最好是按順序焊接，這樣可以檢查一遍電路；也可以按原件的大小焊接，先焊接小原件，最后焊接大原件，這樣會(huì)方便很多。

1、晶振調(diào)試

    接入5V電源，接地，輸出接示波器，觀察到8MHz的波形，該模塊度歐式確定的，只要不是焊接出錯(cuò)，一般都不會(huì)出問題

• M分頻調(diào)試
  

接入5V電源，從函發(fā)上接入8MHz，Vpp=10V的信號(hào)，輸出接示波器，觀察到100.2Hz的信號(hào)。這里會(huì)有一點(diǎn)誤差，但想不出辦法消除，因?yàn)?.2Hz的誤差有很大可能是焊接及環(huán)境影響等不可調(diào)因素影響的，很難改變。

• 鎖相環(huán)調(diào)試
  

接入10V電源，將3,4腳接一起，函發(fā)接輸入，輸出接示波器，先將函發(fā)設(shè)置為1kHz，Vpp=10V，示波器顯示為221.2kHz，將函發(fā)的頻率以5k的頻率步進(jìn)，測試一下鎖相環(huán)的鎖定范圍是否能達(dá)到400kHz，最后鎖相環(huán)失鎖在485.3kHz，鎖相環(huán)鎖定范圍在221.2kHz~485.3kHz，包括了300k~400kHz，所以達(dá)成目標(biāo)。

將頻率分別調(diào)為301.3kHz，349.8kHz，399.5kHz，鎖相環(huán)都可以鎖住。

• N分頻調(diào)試
  

接入5V電源，函發(fā)接輸入端，輸出端接示波器。，函發(fā)設(shè)置為100kHz，撥動(dòng)撥碼開關(guān)，將個(gè)十百千位都撥幾遍，觀察到分頻出正確的頻率。

現(xiàn)將晶振模塊接電源，輸出接示波器，觀察到8MHz的波形；將晶振輸出接入M分頻，M分頻接入5V電源，輸出接示波器，觀察到100.3Hz的頻率，有0.3Hz的誤差存在。到這里可以確定晶振加M分頻基本沒問題，接下來測鎖相環(huán)加N分頻模塊。先單側(cè)鎖相環(huán)模塊，再次確定鎖相環(huán)模塊是沒問題的，將鎖相環(huán)模塊與N分頻模塊接在一起，接上電源，給鎖相環(huán)供電10V，N分頻供電5V，鎖相環(huán)輸入接函發(fā)，N分頻輸出接示波器，函發(fā)設(shè)置為100Hz，Vpp=10V，調(diào)整撥碼開關(guān)，將千位撥為1100即3000分頻。示波器顯示也為300.01k，在將百位撥為1010即500分頻，加上前面的3000分頻，即3500分頻，示波器顯示為350.03k，存在0.03k的誤差，在允許范圍內(nèi)。最后將M分頻的輸出接鎖相環(huán)的輸入，開始總的測試�，F(xiàn)將撥碼開關(guān)千位撥為1100，十位撥為1000，個(gè)位撥為1100，即301.3k，但示波器顯示為混亂的波形，這有可能是M分頻與鎖相環(huán)直接的問題，那么最大的可能就是鎖相環(huán)讀取不到信號(hào)，因?yàn)�，只要能讀取到信號(hào)，那么示波器最起碼有一個(gè)穩(wěn)定的波形，而不是混亂的波形，那么就需要給M分頻的輸出抬高電壓，這在做抬壓電路的話太麻煩，所以最直接的辦法就是給M分頻供電提高，這會(huì)有將芯片燒壞的風(fēng)險(xiǎn)，但芯片還有剩余，可以試試，然后我就供電提高到6V，還是不行，再提高到7V，這時(shí)示波器出現(xiàn)了波形，但頻率差了1K多，超出了誤差范圍。不行，但我覺得這是之前M分頻中那多余的0.3Hz造成的，要去除很難。后來想了一個(gè)取巧的辦法，就是在撥碼開關(guān)上下降1k的頻率來拉低最后的輸出，結(jié)果是可以的。

實(shí)驗(yàn)要求捕獲到301.4kHz，351.9kHz，399.8kHz，實(shí)測得到301.4kHz，352.0kHz，399.9kHz，雖然有一點(diǎn)誤差，但在允許的范圍內(nèi)。

誤差分析：

• 焊接工藝太差
• 飛線自身的電阻印象
• 電源不穩(wěn)定，一直跳動(dòng)
• 環(huán)境溫度影響
  

通過這次實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)了多種模塊合并電路的調(diào)試過程及對不同錯(cuò)誤的應(yīng)對方法，也更加深入的了解了鎖相環(huán)的引用，以及在設(shè)計(jì)電路方面的小技巧。很慶幸可以有這樣的一次期末考試，和這么困難的一次實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)。謝謝老師給予的這次機(jī)會(huì)。

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2018-7-11 21:14 上傳

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