电压控制LC振荡器的1

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1、第16章电压控制LC振荡器的设计与分析16.1系统设计要求16.2系统设计方案16.3主要VHDL源程序和汇编语言程序16.4系统仿真/硬件验证16.5设计技巧分析16.6系统扩展思路16.1系统设计要求设计并制作一个电压控制LC振荡器，具体要求：(1)振荡器输出无明显失真的正弦波；(2)输出频率范围：15～35MHz；(3)输出频率稳定度：优于0.001；(4)输出电压峰-峰值：1V±0.1V；(5)可实现输出频率步进及显示，步进间隔为100kHz；(6)实时测量并显示振荡器的输出频率。16.2系统设计方案16.2.1系统设计总体方案根据系统的设计要

2、求，本系统可分为两大部分：电压控制LC振荡源电路和压控LC振荡源的测控和显示电路。其中电压控制LC振荡源电路部分综合考虑各方面的因素，本系统拟用变容二极管构成频率可调的LC振荡器，而变容二极管的电压则由锁相环频率合成器MC145152进行控制。16.2.2电压控制LC振荡器的设计电压控制LC振荡器主要包括4个部分：压控LC振荡器电路、MC145152锁相环电路、精度达10-5的温补晶体基准频率发生电路、LM258组成的电压比较器电路，其电路原理图如图16.2所示。图16.1系统总体原理框图图16.2电压控制LC振荡器的电路原理图1．压控LC振荡器电路(

3、VCO)压控LC振荡器电路(VCO)由分立元件L、C组成。由于变容二极管的结电容随反向偏压增加而减少，因此若电路中的电容选用变容二极管作反向运用并加上控制电压，就可改变由LC决定的振荡器的频率。若电感的值一定，则可调频率的范围由变容二极管的容量变化范围决定。图16.3等效的LC振荡回路本设计中变容二极管调频电路如图16.2所示，图中L1是振荡器的振荡线圈，等效的LC振荡回路如图16.3所示。具体计算过程如下。根据图16.3可得振荡回路中的等效电容为(Ｃd为变容二极管的节电容)当f=15MHz时，由可得解方程得Cd≈375pF。2．锁相环及其工作原理本设

4、计中锁相环选用摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片MC145152，其内部组成方框图如图16.4所示，其工作原理如下所述。图16.4MC145152内部组成方框图表16.1MC145152中R值的设置及步进对应表3．锁相环MC145152的控制根据本系统的设计要求，步进频率要求设置为100kHz，因此要求R分频器采用128分频，即将RA0、RA1、RA2分别设置为0、1、0。在本设计中，因为fd直接输入fin，而且步进是100kHz，所以分频系数不会出现小数，故可将A5～A0直接置0。16.2.3FPGA测控专用芯片的VHDL程序设计根据系统的总

5、体设计方案，FPGA测控专用芯片的输入信号有：FIN——被测频率信号输入端；CLK——200Hz基准信号输入端；EN——ADDSUB的控制信号端口，在EN的上升沿，ADDSUB可加载到FPGA；ADDSUB[1..0]——对MC145152的控制输入，当其为“00”时，将发射频率设定在25MHz，当其为“01”时，每按一次升频键，发射频率以100kHz增加，当其为“10”时，每按一次降频键，发射频率以100kHz降低，当其为“11”时，对FPGA不起作用；SEL[1..0]——输出选择，当其分别为“00”、“01”、“10”、“11”时，输出为频率计数

6、器的第0～7位、第8～15位、第16～23位、第16～23位。输出信号有：CTR[9..0]——MC145152控制信号输出口；DATA[7..0]——FPGA到单片机的数据输出口，与单片机的P0口相连，由SEL[1..0]控制输出的内容。其应实现的功能就是负责控制MC145152和实时测量压控振荡器输出信号的频率。图16.5FPGA测控专用芯片组成框图16.2.4单片机控制程序的设计本系统中单片机AT89C51负责键盘处理、各工作状态的串行显示，以及配合FPGA测控和频率的预置，具体包括单片机主程序，预置频率加1子程序，预置频率减1子程序，键扫子程序

7、，测频率子程序，显示子程序等程序，各程序的流程图如图16.6～图16.11所示。图16.6单片机主程序流程图图16.7预置频率加1子程序流程图图16.8预置频率减1子程序流程图图16.9键扫子程序流程图图16.10测频率子程序流程图图16.11显示子程序流程图16.3主要VHDL源程序和汇编语言程序16.3.1FPGA的VHDL源程序--YKZTQ.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYYKZTQISPORT(FIN:INSTD_LO

8、GIC;--被测频率信号输入端CLK:INSTD_LOGIC;--200Hz基准信号输入端EN