数字化测控技术实验报告

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1、数字化测控技术实验报告课程名称数字化测控技术实验名称数字化测控技术课程实验实验日期学生专业测控技术与仪器学生学号学生姓名实验室名称测控技术实验室教师姓名周严成绩南京理工大学机械工程学院20实验一基于集成锁相环的频率合成器的设计1、实验目的本实验旨在使学生深入了解频率合成器的基本概念及基于锁相环的频率合成器的基本原理，学习并掌握复杂数字电路的调试方法。掌握单片集成锁相环CD4046的技术性能指标及电路设计方法，学会应用CD4046制作数字频率合成器。2、实验内容根据设计要求设计基于集成锁相环CD4046的频率合成器电路，确定锁相环的元件参数，搭建并调试电路，使之输出

2、1kHz～1MHz，步进0.5kHz的时钟信号。3、实验原理及方法频率合成是用任一指定的基准频率经过一些功能电路的处理，产生一系列需要的稳定的多种基准频率。利用锁相环实现频率合成，主要是产生可数字或程序控制的基准频率的倍频基准频率。其原理是在锁相环的反馈回路中插入一N分频的分频电路，形成闭环，此时VCO输出为NfR。fR是基准频率，改变N值即可改变电路的输出频率，其稳定度与基准频率相同。原理框图如图1.1所示。CD4046晶振基准比较器IVCON分频器低通滤波器fo图1.1频率合成器原理框图设计基于CD4046集成锁相环的频率合成器的主要工作有：（1）设计调试晶体

3、振荡电路，产生基准频率fR。（2）设计N分频器，N的调节范围根据合成的频率范围和基准频率的大小确定。这里设基准频率为0.5kHz，要求合成器输出频率1kHz～1MHz，步进0.5kHz，则N=2~2000。分频器应根据N的范围设计。（3）设计锁相环CD4046的相关元件参数，这是本设计的关键及难点所在，需要反复设计、调试及修改确定。图1.2提供了一基于CD4046的频率合成器的参考性原理电路，其合成频率范围是2kHz~1MHz，步进1kHz。实验时可参考之进行设计。20图1.2频率合成器参考原理电路4、实验仪器设备1）双路直流稳压电源2）双踪示波器3）信号发生器4

4、）41/2位数字万用表5）面包板5、实验电路设计及工作原理说明1）实验电路设计202）电路的工作原理说明由晶振电路产生的4.096MHz的基准时钟，经分频后得到0.5Hz的信号输出，通过Q13输入到CD4046作为基准频率。此输入信号从14脚输入后，经过放大器放大加至相位比较器2的输入端，然后从13脚输出误差电压，并将低通滤波器接至13脚。滤波器的输出为压控振荡器VCO的控制电压，用于调整VCO的振荡频率，此振荡频率经由三个74161组成的计数器进行N分频后输入给相位比较器，使VCO的振荡频率迅速接近N倍的基准频率，锁相环锁定。其中，采用74161芯片构成的12位

5、加法式分频器，通过置数法实现计数。从CD4046的4脚输出的频率即为所求的频率。    锁相环CD4046的相关元件参数是本设计的关键及难点所在，经过反复设计、调试及修改，最终确定电容C2的值为22，电容C1的值为。6、实验步骤说明1） 根据输出频率的要求设计电路参数，试验中取C1为15pF，C2为22pF。电路参数如原理图中所示; 2） 按照设计图在面包板上搭建线路； 3） 认真仔细检查线路是否连接正确，如有错误及时修正； 4） 关闭电源，将电路的电源和地线接到三路稳压电源的5V输出端和地端。在打开电源前，检查电源线和地线是否连接正确，确认无误后打开电源； 5）

6、 调试基准频率产生电路，确保4060的2脚输出电压频率为0.5Hz； 6） 在锁相环4046的1脚和地端接入LED灯，通过查看灯的明灭情况来检验锁相环是否入锁。如果LED灯闪烁不定，则说明锁相环不稳定，需重新连接电路； 7） 分级检查74161芯片是否能够正常工作，确保三个芯片都没有问题； 8）进行整体调试，调试时先使分频系数N=2，此时合成频率输出应为1kHz，再使分频系数N=2000，此时合成频率输出应为1MHz。如果正确，则说明设计正确，否则应重新选择参数C1。重新调试，直至成功。7、实验结果记录及分析实验数据填入表1.1中，对照频率合成器输出频率的理论值与

7、实际测试值，分析说明两者不一致的原因。①实验数据表1.1实验数据记录表Nfout理论值fout实测值21KHz1KHz10050KHz50KHz500250KHz250KHz1000500KHz500KHz1500750KHz800KHz2020001MHz1.1MHz②实验数据不一致原因：输出频率的实测值与理论值存在较小的误差，可以认为是系统误差，可能是由芯片或者电线之间的相互干扰和示波器本身存在的示数误差造成的。8、思考题1）说明分频系数N的确定依据。答：实验中采用的是12位加法器，需要N分频时应将加法器的数值置为。电路中，将作为高位的74161芯片的进位端作

8、为反馈信号