电压控制LC振荡器的

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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1

2、6.2.1系统设计总体方案根据系统的设计要求，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

3、.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(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

4、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

5、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100

6、kHz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

7、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，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

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