程 偉，張啟軍

（湖北科技學院 電子與信息工程學院，湖北 咸寧 437100）

0 引言

眾所周知，頻率合成技術在電子設計領域里扮演著非常重要的角色。在一些高端電子設備系統(tǒng)如通信、雷達、測控、儀器表等電子系統(tǒng)都包含有頻率合成技術。如果沒有頻率合成技術，微處理器處理數據的能力至少要慢幾十個甚至上百個節(jié)拍，遠遠達不到現代社會對處理數據高標準的要求，也無法實現高速信息化產業(yè)的建設［1］。

1 系統(tǒng)方案設計與論證

頻率合成器有直接式頻率合成器、直接數字式頻率合成器及鎖相頻率合成器三種基本模式，前兩種屬于開環(huán)系統(tǒng)，因此是有頻率轉換時間短，分辨率較高等優(yōu)點，而鎖相頻率合成器是一種閉環(huán)系統(tǒng)，其頻率轉換時間和分辨率均不如前兩種好，但其結構簡單，成本低。并且輸出頻率的準確度不遜于前兩種，因此采用鎖相頻率合成。

晶體振蕩器輸出的信號頻率f1，經分頻后（M分頻）得到基準頻率，輸入鎖相環(huán)的相位比較器（PC）。鎖相環(huán)的VCO輸出信號經可編程分頻器（N分頻）后輸入到PC的另一端，這兩個信號進行相位比較，當鎖相環(huán)路鎖定后得到：f1／M＝f2／N，當N變化時，或者N／M變化時，就可以得到一系列的輸出頻率f2。然后把f2輸入到單片機的管腳，采用外部中斷的方式進行脈沖，把數據顯示在數碼管上［2］。系統(tǒng)原理框圖如下：

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 主要電路設計

2.1 1K信號源的設計

在信號源設計中，采用了16M的有源晶振。16M有源晶振在壓電效應下產生頻率為16M的正弦波，然后經74hc04緩沖，再經CD4060分頻8000次，從而得到了2K的信號源。

圖2 信號源線路圖

2.2 頻率合成電路設計

鎖相環(huán)CD4046的工作原理簡介：輸入信號fi從CD4046的14腳輸入后，經內部放大器進行放大、整形后加到相位比較器的輸入端，而相位比較器將從3腳輸入的比較信號f0與輸入信號fi作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓則反映出兩者的相位差φ經R1、R2及C1濾波后得到控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，從而調整VCO的振蕩頻率f1，使其接近fi。

在頻率合成部分中，將CD4017的RESET（15腳）分別接“2”、“3”，……“9”，則4017就成為“二”、“三”、……“九”等分頻器，將VCO的振蕩頻率經可預置分頻器CD4017，就可以組成了2～9KHz的頻率合成器。

圖3 頻率合成線路圖

2.3 單片機顯示電路設計

經鎖相環(huán)CD4046的4管腳出來的脈沖信號直接輸入到單片機的外部計數器T1，用T0做定時器定時1秒計外部脈沖個數，再把得到的數據用數碼管顯示出來［3］。

圖4 單片機顯示電路設計圖

3 系統(tǒng)軟件工作流程圖

系統(tǒng)的軟件設計采用C語言，對單片機進行編程實現測量和顯示功能。

圖5 軟件工作流程圖

4 系統(tǒng)調試

用示波器測得信號源的頻率為1.96K幅值為5.0v的穩(wěn)定方波信號。切換分頻比，得到的顯示數據如下：

分頻比 顯示（k） 誤差1：1 2.25 14%2：1 3.91 -0.26%3：1 5.87 -0.17%4：1 7.83 -0.13%5：1 9.78 -0.2%6：1 11.7 -0.5%7：1 13.7 -0.15%8：1 15.6 -0.5%9：1 17.6 -0.23%

從以上數據可以分析，通過切換CD4017的分頻比，基本上得到了設計的要求，不足之處在于顯示的數據和理論值之間稍微有點偏差，究其原因，一是經分頻得到的信號源頻率不是特別精確，二是鎖相環(huán)CD4046輸出頻率的準確度及分辨率不是很高。

［1］王福昌.鎖相技術［M］.武漢：華中大學出版社，2009.

［2］楊 陽，羅 馬.基于鎖相環(huán)的十二脈沖整流觸發(fā)電路［J］.青島大學學報（工程技術版），2012，27（3）：12-15.

［3］郭天祥.新概念51單片機C語言教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.