课程设计（论文）-数字频率合成器

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1、西华大学课程设计说明书.1前言频率合成(FrequencySynthesis)是指以一个或数个参考频率为基准，在某一频段内，综合产生并输出多个工作频率点的过程。基于这个原理制成的频率源称为频率合成器(FrequencySynthesizer)目前，频率合成器已经成为电子技术、空间技术和通信技术中的一个重要组成部分。例如在无线电收、发信机中，广泛采用频率合成器作为收、发信机的振荡频源。频率合成器还广泛地应用于雷达、导航、频率时间标准等各个技术领域。例如，在雷达及电子对抗中，利用频率合成器可以迅速而又准确地改变频率，以避开敌机的侦察和干扰

2、。在各种精密仪表中，频率合成器能够提供高分辨率、低噪声（相位噪声）的信号，以适应各种精密测量的需要。频率合成器可分为直接式频率合成器,间接式（或锁相）频率合成器和直接式数字频率合成器。直接式频率合成器是最先出现的一种合成器类型的频率信号源。这种频率合成器原理简单,易于实现。其合成方法大致可分为两种基本类型:一种是所谓非相关合成方法;另一种称为相关合成方法。间接式频率合成器又称为锁相频率合成器。锁相频率合成器是目前应用最广的频率合成器。本设计的频率合成器也是利用锁相环来实现的。频率合成器的主要性能指标有：频率范围，频率间隔，波道数，频率

3、转换时间，频率稳定度与准确度等。本设计中的频率合成器工作频率范围为200HZ～200KHZ，分为三个频段，即200HZ～2KHZ，频率间隔200HZ，2KHZ～20KHZ，频率间隔为2KHZ，20KHZ～200KHZ，频率间隔为20KHZ。主要通过锁相环和倍频，分频器来实现。最后输出的频率用LED显示出来。第22页西华大学课程设计说明书2总体方案设计本设计要求设计频率合成器工作频率范围为200HZ～200KHZ，分为三个频段，即200HZ～2KHZ，频率间隔200HZ，2KHZ～20KHZ，频率间隔为2KHZ，20KHZ～200KHZ

4、，频率间隔为20KHZ。实现的方法有多种，可用直接合成，锁相环式，锁相环式的实现方法又有多种，例如可变晶振，也可变分频系数M，还可以用单片机来实现等等。2.1方案设计方案一20KHZ晶体振荡器十分频器十分频器锁相环CC4046按键1按键2按键3N分频电路单片机最小系统N加1键N减1键LED显示电路图2.1方案一原理框图如图2.1所示，首先由晶体振荡器产生20KHZ的频率，即fi为20KHZ。按键1按下时，分频比M为1，N的值通过单片机编程预置，并可通过“N加1键”和“N减1键”作相应改变。然后经单片机的I/O口输出作为1～N分频电路的

5、数据输入。再经过锁相环CC4046，因此可实现输出频率从20K～200KHZ，频率间隔为20KHZ。M和N的值确定后，由公式f0第22页西华大学课程设计说明书=fi*N/M可计算出产生频率的具体值。经软件编程计算后由单片机输出显示。同理，当按键2按下时，由于晶振产生的信号经过了十分频，M为10。当按键3按下时，M为100，其余部分不变。通过改变M的值实现了三个不同的频段和频率间隔。方案二20KHZ晶体振荡电路2KHZ晶体振荡电路200HZ晶体振荡电路按键1按键2按键3N分频电路电路锁相环数据输入数字频率计LED显示图2.2方案二原理框

6、图如图2.2所示，首先由三个晶体振荡器分别产生20KHZ，2KHZ和200HZ的频率，然后通过三个按键选择频率通断，被选择的频率送入锁相环输入端作为基准频率。由此实现频段的选择。由1～N分频电路实现不同的频率间隔。可用一个十进制可逆计数器实现1～N分频电路的数据预置。从锁相环输出的频率经数字频率计测频后由LED显示。方案三晶振振谐波发生器多路开关分频器滤波器混频器（+）混频器（+）混频器（+）滤波器滤波器分频器分频器产生的多种不同频率输出所得频率fo图2.3方案三设计框图如图2.3，第22页西华大学课程设计说明书这是最早出现最先使用的

7、一种频率合成器。它是由一个或多个晶体振荡器经过开关转换、分频、倍频、混频、滤波得到所需要的频率。其本质是只要选取不同的谐波并且进行相应的组合就可以得到所寻要的频率。虽然提出的时间早，最初的方案也显得十分落后，但由于直接模拟合成具有频率捷变速度快，相位噪声低的主要优点而使之在频率合成领域占有重要的地位。2.2方案比较方案一和方案二都是锁相式频率合成器。本质上相同。只是实现方法上有差别。方案一用一个晶振经两次分频分别作为锁相环的输入信号。方案二用了三个晶振。方案一用了单片机完成N分频电路数据输入和最后频率的换算，并送至LED作显示。方案二

8、没有使用单片机，采用十进制可逆计数器实现1～N分频电路的数据预置。最后用了测频电路将产生的频率输出显示。比较之下，方案一的电路较简单，由于使用了单片机控制比较方便，还可以通过改变软件设计改变功能。方案三是直接式频率合成器