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頻率合成技術(shù) 數字鎖相式頻率合成器的基本原理是：應用數字邏輯電路把VCO頻率一次或多次分頻至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中比較，所產(chǎn)生的誤差信號用來(lái)控制VCO頻率，使之鎖定在參考頻率的穩定度上。上述原理如圖1所示。 圖1 數字鎖相式頻率合成器工作原理圖 其中N分頻器是由單片機編程控制的，因此這種合成器又體現了程序設計和鎖相技術(shù)的結合。從總體結構看，它由單片機、鎖相環(huán)和可編程分頻器三部分組成。 ADF4113簡(jiǎn)介 ADF4113是一種直接數字式頻率合成器，它的最高工作頻率為3.0GHz，工作電壓為2.7～5.5V，可用于無(wú)線(xiàn)電基站設備、無(wú)線(xiàn)手提終端和信號檢測設備等，它的外部引腳如圖2所示。 圖2 ADF4113的外部引腳 1 工作原理 ADF4113從外部輸入的信號只有標準頻率源信號和控制信號。標準頻率源信號經(jīng)過(guò)耦合電路輸入到ADF4113后，經(jīng)14位的R分頻器得到鑒相基準頻率送鑒相器。單控制信號由時(shí)鐘信號CLK、數據信號DATA和使能信號LE組成。在時(shí)鐘信號的控制下，由串行口輸入24位數據信號，暫時(shí)存放在24位輸入寄存器中。在接收到使能信號后，先前輸入的24位數據根據地址位到達對應的鎖存器。 當ADF4113接收到反饋回來(lái)的輸出頻率后，首先通過(guò)預引比例因子P，經(jīng)A、B分頻器，得到分頻以后的反饋信號，輸入到鎖相器。與分頻以后的標準頻率源信號在鑒相器中比較，輸出低頻控制信號以控制外部VCO的頻率，使其鎖定在參考頻率的穩定度上。 2 控制字 ADF4113的分頻比N通過(guò)設置預引比例因子P和A、B分頻器實(shí)現，算法為N=B×P+A。參考頻率通過(guò)R分頻器分頻得到適合鑒相器的輸入，因此有fVCO＝[P×B+A]×fREFIN／R。A分頻器、B分頻器和R分頻器分別為6位、13位和14位，其數值通過(guò)寫(xiě)相應的控制寄存器實(shí)現。 ADF4113內部有四個(gè)24位控制字寄存器, 分別為R分頻器控制字、N分頻器、初始化寄存器和功能寄存器。R控制字包括地址控制位、14位R分頻器的數值設置位、脈沖寬度控制位、模式測試位、鎖定精度選擇位、方式選擇位和保留位。N分頻器控制字包括地址控制位、6位A分頻器的數值設置位、13位B分頻器的數值設置位、輸出位增益控制位和保留位。初始化寄存器控制字包括地址控制位、分頻器設置位、電源設置位、MUXOUT輸出端控制位、PD極性設置位、輸出端是否為三態(tài)輸出設置位、快速鎖定設置位、定時(shí)器設置位、當前狀態(tài)選定設置位，以及預引比例因子設置位。功能寄存器與初始化寄存器控制字基本相同，只是低兩位地址控制位不同。 硬件設計 1 總體結構設計 控制部分需要的外圍電路包括時(shí)鐘復位電路、鍵盤(pán)顯示電路和與ADF4113的接口電路，控制電路結構如圖3所示。 圖3 控制電路結構 2 鍵盤(pán)顯示電路設計 由于采用獨立式鍵盤(pán)I/O口資源不夠，需要用一片8255擴展并口�？蓪⑵銩、B口作鍵盤(pán)輸入，C口作LED顯示輸出。為簡(jiǎn)化設計,鍵盤(pán)采用查詢(xún)方式，電路如圖4所示。 圖4 鍵盤(pán)顯示電路 3 ADF4113接口電路設計 單片機是通過(guò)串口向ADF4113中寫(xiě)數據的，包括時(shí)鐘線(xiàn)（DATA）、數據線(xiàn)（CLK）和控制信號LE、CE。LE、CE控制信號可由兩個(gè)I/O口提供，另外還需單片機提供一I/O口以檢測鎖定信號。接口電路如圖5所示。 圖5 ADF4113接口電路 初始化時(shí)，將LE設為低電平。當24位數據由單片機經(jīng)串口送入ADF4113后，給LE一高電平時(shí)，這樣輸入鎖存器中的24位數據在CLK的上升沿鎖進(jìn)相應的寄存器, 三個(gè)字節數據送完后，LE應恢復到低電平。其中，CE是片選信號，低電平選通；MUXOUT可通過(guò)軟件設置為ADF4113鎖定信號輸出端，高電平表示鎖定。 軟件設計 1 鍵盤(pán)輸入 本課題使用的是16位獨立式鍵盤(pán)，鍵盤(pán)經(jīng)8255的A、B口輸入，故8255的工作方式設置為A、B口入，C口出，且A、B口都工作于方式0，得出控制字為92H。 鍵盤(pán)采用查詢(xún)方式，當檢測到有鍵輸入時(shí)，查詢(xún)并保存鍵號。檢測鍵輸入程序用F0作標志位，有鍵輸入時(shí)F0置“1”，以此標志跳出檢測子程序，進(jìn)入查詢(xún)子程序。ResetFlag作為復位標志，主要用在有循環(huán)的子程序（如掃頻和點(diǎn)頻）動(dòng)態(tài)顯示中，以其值為“1”作為跳出循環(huán)結束子程序的標志。 2 LED顯示 顯示電路采用共陰極LED，其片選信號由P1口低四位提供，段碼數據由8255的C口輸出，采用動(dòng)態(tài)掃描方式，顯示數據存于顯示緩沖區內。 3 控制字 根據ADF4113功能控制字結構，功能控制字可設為8D9112h。單片機向ADF4113送控制字是通過(guò)SPI串行接口實(shí)現的。首先將24位控制字每個(gè)字節按從高位到低位的順序，移入ADF4113的輸入寄存器，24位移完后，給使能信號LE一個(gè)高電平，這樣先前輸入的24位數據，根據地址位，到達相應的寄存器。 4 點(diǎn)頻子程序 點(diǎn)頻子程序要完成的功能是由輸入頻率f計算出分頻比N，并將控制字送到ADF4113中，檢測鎖定信號，鎖定時(shí)顯示輸入頻率。 5 掃頻子程序 首先給定時(shí)器裝入初值（掃頻時(shí)間間隔）；再設置起始頻率fb、掃頻頻率間隔f0和最高頻率fe；然后啟動(dòng)定時(shí)器TR0=0，定時(shí)到，頻率加f0，TF0清零重新計時(shí)，直到設置的最大頻率后再回到初始頻率，如此循環(huán)至復位鍵按下時(shí)停止。 6 主程序 程序執行以功能鍵（點(diǎn)頻或掃頻）按下開(kāi)始，當有點(diǎn)頻或掃頻鍵按下時(shí)，在最高位的LED顯示“-”以提示輸入數字，按下數字鍵“-”消失，開(kāi)始顯示輸入的數字。刪除鍵可以刪除已輸入的數字，回到“-”提示狀態(tài)。按下確認鍵進(jìn)入相應子程序；按復位鍵可跳出各子程序，恢復到初始狀態(tài)。主程序流程如圖6所示。 圖6 主程序流程圖 |
