頻率合成技術(shù)

數(shù)字鎖相式頻率合成器的基本原理是：應(yīng)用數(shù)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(hào)用來(lái)控制vco頻率，使之鎖定在參考頻率的穩(wěn)定度上。上述原理如圖1所示。

圖1 數(shù)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(jī)編程控制的，因此這種合成器又體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)和鎖相技術(shù)的結(jié)合。從總體結(jié)構(gòu)看，它由單片機(jī)、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(shù)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(shè)備、無(wú)線(xiàn)手提終端和信號(hào)檢測(cè)設(shè)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(hào)只有標(biāo)準(zhǔn)頻率源信號(hào)和控制信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)頻率源信號(hào)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(zhǔn)頻率送鑒相器。單控制信號(hào)由時(shí)鐘信號(hào)clk、數(shù)據(jù)信號(hào)data和使能信號(hào)le組成。在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，由串行口輸入24位數(shù)據(jù)信號(hào)，暫時(shí)存放在24位輸入寄存器中。在接收到使能信號(hào)后，先前輸入的24位數(shù)據(jù)根據(jù)地址位到達(dá)對(duì)應(yīng)的鎖存器。

當(dāng)adf4113接收到反饋回來(lái)的輸出頻率后，首先通過(guò)預(yù)引比例因子p，經(jīng)a、b分頻器，得到分頻以后的反饋信號(hào)，輸入到鎖相器。與分頻以后的標(biāo)準(zhǔn)頻率源信號(hào)在鑒相器中比較，輸出低頻控制信號(hào)以控制外部vco的頻率，使其鎖定在參考頻率的穩(wěn)定度上。

2 控制字

adf4113的分頻比n通過(guò)設(shè)置預(yù)引比例因子p和a、b分頻器實(shí)現(xiàn)，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(shù)值通過(guò)寫(xiě)相應(yīng)的控制寄存器實(shí)現(xiàn)。

adf4113內(nèi)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(shù)值設(shè)置位、脈沖寬度控制位、模式測(cè)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(shù)值設(shè)置位、13位b分頻器的數(shù)值設(shè)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(shè)置位、電源設(shè)置位、muxout輸出端控制位、pd極性設(shè)置位、輸出端是否為三態(tài)輸出設(shè)置位、快速鎖定設(shè)置位、定時(shí)器設(shè)置位、當(dāng)前狀態(tài)選定設(shè)置位，以及預(yù)引比例因子設(shè)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(shè)計(jì)

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

控制部分需要的外圍電路包括時(shí)鐘復(fù)位電路、鍵盤(pán)顯示電路和與adf4113的接口電路，控制電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 控制電路結(jié)構(gòu)

2 鍵盤(pán)顯示電路設(shè)計(jì)

由于采用獨(dú)立式鍵盤(pán)i/o口資源不夠，需要用一片8255擴(kuò)展并口�？蓪⑵鋋、b口作鍵盤(pán)輸入，c口作led顯示輸出。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)

單片機(jī)是通過(guò)串口向adf4113中寫(xiě)數(shù)據(jù)的，包括時(shí)鐘線(xiàn)（data）、數(shù)據(jù)線(xiàn)（clk）和控制信號(hào)le、ce。le、ce控制信號(hào)可由兩個(gè)i/o口提供，另外還需單片機(jī)提供一i/o口以檢測(cè)鎖定信號(hào)。接口電路如圖5所示。

圖5 adf4113接口電路

初始化時(shí)，將le設(shè)為低電平。當(dāng)24位數(shù)據(jù)由單片機(jī)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(shù)據(jù)在clk的上升沿鎖進(jìn)相應(yīng)的寄存器, 三個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)送完后，le應(yīng)恢復(fù)到低電平。其中，ce是片選信號(hào)，低電平選通；muxout可通過(guò)軟件設(shè)置為adf4113鎖定信號(hào)輸出端，高電平表示鎖定。

軟件設(shè)計(jì)

1 鍵盤(pán)輸入

本課題使用的是16位獨(dú)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(shè)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(dāng)檢測(cè)到有鍵輸入時(shí)，查詢(xún)并保存鍵號(hào)。檢測(cè)鍵輸入程序用f0作標(biāo)志位，有鍵輸入時(shí)f0置“1”，以此標(biāo)志跳出檢測(cè)子程序，進(jìn)入查詢(xún)子程序。resetflag作為復(fù)位標(biāo)志，主要用在有循環(huán)的子