锁相环基本原理.doc

1、1锁相环基本原理一个典型的锁相环（PLL）系统，是由鉴相器（PD） ，压控荡器（VCO）和低通滤波器（LPF）三个基本电路组成，如图 1， Ud = Kd (i o) U F = Ud F（s ）io 图 1 一鉴相器（PD）构成鉴相器的电路形式很多，这里仅介绍实验中用到的两种鉴相器。1异或门鉴相器 异或门的逻辑真值表示于表 1，图 2 是逻辑符号图。输入 输出A B F0 0 00 1 11 0 11 1 0表 1 图 2从表 1 可知，如果输入端 A 和 B 分别送 2入占空比为 50%的信号波形，则当两者存在相位差 时，输出端 F 的波形的占空比与 有关，见图 3。将 F 输出波形通过积

2、分器平滑，则积分器输出波形的平均值，它同样与 有关，这样，我们就可以利用异或门来进行相位到电压 的转换，构成相位检出电路。于是经积 图 3分器积分后的平均值（直流分量）为： U U = Vdd * / (1) Vcc 不同的，有不同的直流分量 Vd。 与 V 的关系可用图 4 来描述。从图中可知，两者呈简单线形关 1/2VccFOoUKdtV V PD LPF VCOUi UoVVABF_F = A B + A BFBA2系：Ud = Kd * (2)1/2 Kd 为鉴相灵敏度 图 42 边沿触发鉴相器 前已述及，异或门相位比较器在使用时要求两个作比较的信号必须是占空比为 50%的波形，这就给

3、应用带来了一些不便。而边沿触发鉴相器是通过比较两输入信号的上跳边沿（或下跳边沿）来对信号进行鉴相，对输入信号的占空比不作要求。二 压控振荡器（VCO）压控振荡器是振荡频率 0 受控制电压 UF（t）控制的振荡器，即是一种电压频率变换器。VCO 的特性可以用瞬时频率 0（t）与控制电压 UF（t）之间的关系曲线来表示。未加控制电压时（但不能认为就是控制直流电压为 0，因控制端电压应是直流电压和控制电压的叠加） ，VCO 的振荡频率，称为自由振荡频率 om ，或中心频率，在VCO 线性控制范围内，其瞬时角频率可表示为：o（t）= om + K0 UF（t）式中，K 0VCO 控制特性曲线的斜率，常

4、称为 VCO 的控制灵敏度，或称压控灵敏度。三 环路滤波器这里仅讨论无源比例积分滤波器如图 5。其传递函数为： 1)()(21sUsKiOF式中：1 = R1 C 2 = R2 C 图 5四 锁相环的相位模型及传输函数R1R2CUi Uo0640VKd KF(s) Ko/si oeA-+3图 6图 6 为锁相环的相位模型。要注意一点，锁相环是一个相位反馈系统，在环路中流通的是相位，而不是电压。因此研究锁相环的相位模型就可得环路的完整性能。由图 6 可知：（1） 当 A 点断开环路时，锁相环的开环相位传输函数为KL(S)= SsKsFodio)()(（2） 环路闭合时的相位传输函数为H（S） )

5、()(FodiO（3） 环路闭合时的相位误差传输函数为He（S）= )()()( SKSSFodieio当环路滤波器选用无源比例积分滤波器时，经推导可得：H（S）= 22)(nnSK式中， ，1 = R1 C ,2 = R2 C21n2 n2121K= , K = Kd Ko )(21同样可得：He(S)= 22nS4n 称为系统的固有频率或自然角频率； 称为系统的阻尼系数。要注意的是上面讨论中的 指的是输入信号相位的变化角频率，而不是输入信号本身的角频率。如输入信号是调频信号，则 指的是调制信号的角频率而不是载波的角频率。五 锁相环的同步与捕捉锁相环的输出频率（或 VCO 的频率）o 能跟踪

6、输入频率 i 的工作状态，称为同步状态，在同步状态下，始终有 o = i 。在锁相环保持同步的条件下，输入频率 i 的最大变化范围，称为同步带宽，用 H 表示。超出此范围，环路则失锁。失锁时，oi，如果从两个方向设法改变 i，使 i 向 o 靠拢，进而使o =（io） ，当 o 小到某一数值时，环路则从失锁进入锁定状态。这个使 PLL 经过频率牵引最终导致入锁的频率范围称为捕捉带 p。同步带 H，捕捉带 p 和 VCO 中心频率 o 的 关系如图 7。图 7实验原理及步骤利用 CMOS 固有的低功耗、宽工作电源、集成度高等特点，可以设计出性能良好、使用方便的锁相环单片电路。其中 CD4046

7、是一种能工作在 1MHZ 以下的通用 PLL 产品，它广泛应用于通信计算机接口领域。图 8 示出 CD4046 的电路方框功能图。在这个单片集成电路中，内含两个相位比较器，其中 PD1 是异或门鉴相器；PD2 是边沿触发式鉴相器。另外电路中含有一个 VCO，一个前置放大器 A1，一个低通滤波器输出缓冲放大器 A2 和一个内部 5V 基准稳压管。从图 8 可看出，引脚（16）是正电源引入端；（8 ）脚是负电源端，在用单电源时接地；（6）脚， （7 ）脚外接电阻 C67；（11）脚外接电阻 R11 和A1 PD1PD2VCO A2+-14346711125816213910151Ui VCC404

8、6060456VPH-o5VPD1 LPF324VCO+12V-5V 100K100K100K+12V-5VR1R2 R3UiUoRw4046A4046B1 2 3 4 5 6 7 89101112131415169V 9V10K1M1n1K10K4046 C67 决定了 VCO 的自由振荡频率；（12）脚外接电阻 R12，它用作确定在控制电压为零时的最低振荡频率 fomin ;(5)脚为 VCO 禁止端，当（5）脚加上“1”电平 图 8 CD4046 原理图（即 VDD）时，VCO 停止工作，当为“0 ”电平（即 VSS）时，VCO 工作；（14）脚是 PLL 参考基准输入端；（4）脚是VC

9、O 输出；（3 ）是比较输入端；（ 2）和（13）脚分别是 PD1 和 PD2 的输出端；（9）脚是 VCO 的控制端；（ 10）是缓冲放大器的输出端；（ 1）脚和（2）脚配合可做锁定指示；（15）脚是内设 5V 基准电压输出端实验一、PLL 参数测试一、压控灵敏度 KO的测量如图 9，V（9）从 09V每隔 1 伏测一点，作出 f-V(9)曲线，从曲线求 KO。 （K O的单位是rad/s.v）同时测出 V（ 9）= 1/2VDD = 4.5V 时 VCO 的频率 fo 、示波器（即中心频率） 图 9二、鉴相灵敏度 Kd的测量。测量方框如图 10，其中 LPF为附录 3 中的（ b） 。由于

10、取值 R2=100K RW 和 R2=R3，则运放的同相增益： 10K2A反相增益 ： 图 10 13RKM所以运放的输出 UA = KA UF + KM UM = 2UF - UW 信号源为频率连续可调的方波发生器。实验步骤1. 用另一块 4046（记为 4046B，图 9 那块记为 4046A）组装一信号源，如图 11。2. 按图 10 接实验图，注意运放 324和 RW 的工作电压为 9V 和-5V，4046的电压为 9V 和 OV。由于实验中的稳10K1Kout2 out19V 9V10K510P16151413121110 9876543214046B6压电源只能提供两路电源，而实际

11、需要三路，所以应将稳压电源输出分别调节到+12V 和-5V。9V 电压由+12V 经三端稳压器 7809 降压后提供。 图 11 3. 断开信号源和 4046A 的 PD1 的连接，调 RW，使 4046A 的 VCO 的频率为中心频率 fO，同时调信号源的输出频率也为 4046A 的中心频率 fO。4. 连接信号源和 4046A 的 PD1 ，用双踪示波器观察 Ui、U O，可观察到两个锁定的方波信号，其相差约为 / 2。5. 调 RW，观察 Ud 波形的变化，用示波器观察 Ud 、Ui、U O，应能观察到它们符合图 3 所示的相位关系。6. 通过用示波器测 Ud 的占空比测 e (参考图

12、3)用数字电压表测 UF（即 U） ，e 从 /6 到 5/6，每 /6 测一点，作出 UF e 曲线 ，并由曲线求出Kd（单位为 V / Rad） 。可调节示波器 X 轴扫描速度，让 Ud 的一个周期在荧屏上显示整六格，则每格就代表 / 6，这样可以提高测量速度。三、环路开环增益的测量（K H）图 12 环路开环增益测量方块图开环增益即为环路直流总增益 KH = /= Kd K0 KF（0） ，式中KF（0）为频率为 0 时，环路低通滤波器的传递函数，显然当用比例积分滤波器时， KF（0）=1，K H = Kd K0。实验方块图如图 12，注意不用运放，LPF 为附录 3 中的（b） 。当鉴

13、相器比较两同相信号时，U F = 0，VC0 振荡于 fmin; 当鉴相器比较两反相信号时，U F = VDD，VCO 振荡于 fmax 。做这实验时应注意是开环。在理想情况下KH =/ =2f/ = 2 (fmax - fmin)/ =2(fmax - fmin)实验中信号源即为图 11 信号源，其 Out1 和 Out2 为倒相信号。四、同步带、捕捉带测量实验方块如图 13（LPF 为附录 3 中的（b） ） 。VPD1 LPF VCOUi1Ui2 UoVPD1 LPF VCOUi Uo7图 13 同步带、捕捉带测量方块图1. 同步带的测量：调信号源（图 11）频率约为的中心频率。示波器分

14、别测 Ui 和 Uo，并以 Ui 作为示波器的触发同步信号 ，频率计测Ui，这时示波器可显示两个稳定的波形，即 Ui 和 Uo 是锁定的。在一定范围内缓慢改变信号源频率，可看到两个波形的频率同时变化，且都保持稳定清晰，这就是跟踪。但当信号源频率远大于（高端）或远小于（低端）的中心频率时，Ui 波形还保持稳定清晰，但 Uo 不能保持稳定清晰，这就是失锁。记下刚出现失锁时的 Ui 频率即高端频率 fHH 和低端频率 fHL，则同步带 f H f HHf HL 。由于我们用的是 PD1，是异或门相鉴器，当 Ui 和 Uo 为分数倍数关系时，也可能出现两个稳定的波形，这种情况应认为是“失锁” 。只有出

15、现两个同频的稳定波形时才认为是“锁定。2捕捉带的测量：环路失锁后，缓慢改变信号源频率， 从高端或低端向的中心频率靠近，当信号源频率分别为 fH 和 fL 时，环路又锁定。则环路捕捉带 f P f PHf PL。五、n、 的测量实验如图 14。我们知道，当信号源的频率突然改变时（即对应 Uj 方波的前后沿） ，U F 都产生一次阻尼振荡。从阻尼振荡波形可测出A1、A2、T，其物理意义见图 14。并由 A1、A2、T 求出 PLL 的 n 和 ：)ln(212A2n9V9V9V 9VUi100u10K10K1M100K100K5104n7Uf100K100K10K1n1n4046B4046A1 2

16、 3 4 5 6 7 891011121314151616151413121110 9876543219VW110KW210K8221Tfn实验步骤：断开 4046B（4）与 4046A（14）的连线，分别调 W2、W1 使 4046A 与4046B 都振荡在 4046A 的中心频率上。然后接上连线，这时应可观察到锁定波形。再加入 Ui（几百 HZ，几百 mVp-p 的方波） 。示波器测 UF 和Ui，LPF 为附录 3 中的（a） ，记录UF 的 A1、A2， T，并计算出 和n。要注意的是，U F 是叠加有高频信号的低频阻尼振荡信号。A1、A2，T 应是低频信号的振幅和周期。图 14 Wn

17、、 测试图 实验二、PLL 应用实验一、PLL 频率合成器实验 频率合成器的基本原理如图 15。 fi从 PLL 原理知，当 PLL 处于锁定状 fo态时，PD 两个输入信号的频率一定精确相等。所以可得：f0 = N fi图 15若 fi 为晶振标准信号，则通过改变分频比 N，便可获得同样精度的不同频率信号输出。选用不同的分频电路就可组成各种不同的频率合成器。一）1KHZ 标准信号源制作1、 用 CMOS 与非门和 4M 晶体组成4MHz 振荡器，如图 16。图中 Rf 使F1 工作于线性放大区。晶体的等效电感，C1、C2 构成谐振回路。C1、C2 可利用器件的分布电容不另接。A1A2TUiU

18、FVPD LPF VCO1/NUi UoV4MHZF3F2F11MRf4MC1 C29F1、F2、F3 使用 CD4069。2、据讲义后面的 CD4518 管脚图，测量并画出 Q1，Q2、Q3、Q4 及CP 之间的相位关系图。CD4518 图 16是 CMOS 器件，输入的 CP 信号一定要用 CMOS 信号,即低电平为地，高电平接近 VDD， （不能用直流电平为 0 的交流方波信号）其高低电平不能超过器件电源的正负电平。测量时示波器的一个通道固定测 Q4，都以 Q4 作示波器的同步触发源，且以 Q4 的下降沿作示波器的开始扫描点，另一个通道轮流测其他信号（CP、Q1、Q2、Q3）这样就能保证

19、相位准确而且开始扫描点为计数器的“0”状态。同时调节 CP 信号的频率或示波器的扫描速度让示波器标尺的每大格代表一个 CP 周期。这样就可方便测量。CD4518 是 BCD 码计数器，其真值表不难自己写出，然后和测出的波形进行对照，理解其工作原理，尤其是 Q2 的波形特别注意。3、根据上面测出的 4518 的波形图，用二片 CD4518（共 4 个计数器）组成一个 4000 分频器，也就是一个四分频器，三个十分频器，这样就可把 4MHz 的晶振信号变成 1KHz 的标准信号。连线时应注意清零端的灵活应用二） 、用一片 CD4017 作分频器组成 2-9KHZ 频率合成器1、根据附录 2 中的

20、4017 管脚图，用示波器测试 4017（十进制计数分配器）功能。测量时应固定一个通道测“0” ，并以该信号作作示波器的同步触发源，且以上升沿作示波器的开始扫描点。测量并画出 4017 的“0” ， “1”， “2”，“9”输出端信号相对 CP 信号的波形。理解 4017 的工作原理。2、将 CP（14）作输入端， “0”（3）作输出端，R(15)分别接“2” 、 “3”，“9”则 4017 就成为二、三，“九”等分频器，理解其工作原理。将上述4017 组成的分频器代入图 15 中的 1/N 分频器，就组成 29KHZ 频率合成器。如图 17三） 、拨盘开关式 1999KHZ频率合成器1、单片

21、 CD4522 频率合成器。CD4522 是可预置数的二一十进制 1/N 减计数器。其引脚见附录。其中 D1-D4 是预置端，Q1Q4是计数器输出端，其余控制端的VVX1X2X3X4X5X6X7X8X92 4 710 51 6 91115RESET1481314311 6 7 5 8416 13 93 161KHz 404640179V9VUo100K 10K 47n1n100K10功能如下：PE（3）=“1”时 D1D4 值置进计数器EN（4）=“0”且 CP（6）时，计数器（Q1Q4）减计数；CF（13）=“1”且计数器（Q1Q4）减到“0”时，QC(12)=“1” 图 17 29KHz

22、频率合成器Cr(10) =“1”时，计数器清零。 （1）单片 4522 分频器，如图 18拨盘开关为 BCD 码开关，如当数据窗口显示“3”时则 A 和“1” “2”相连；当显示“5”时，则 A 和“1”“4”相连，其余类推。4 个 100K电阻用来保证当拨盘开关为某脚不和 A 相连，也就是悬空时，为低电平。工作过程是这样的：设拨盘开关拨到“N” ，当某时刻 PE（3）=“1” ，图 18 单片 4522 分频则 N 置到 IC 内的计数器中，下一个 CP 来时，计数器减计数变为 N-1，一直到第 N 个 CP 来时，计数器为 0。这时由于 CF（13）=“1” ，QC（12）=“1”，也即

23、PE（3）=“1”又恢复到开始状态，开始一个新的循环。很显然，每来个 N 个 CP，QC（12）就会出现一个高电平，也就是 QC（12）应是 CP 的 N分频信号。实验步骤：如图 18 连好，让拨盘开关分别为 1，2，9，用示波器观察CP（6）和 QC（12）的波形。（2）单片 CD4522 频率合成器用图 18 电路代替图 17 中 4017 部分，组成 19KHz 频率合成器2、用三片 4522 组成 1999HHZ 频率合成器1 2 3 4 5 6 7 89101112131415169V 9VCP4218A9V4522100K100K100K100K11如图 19，最终应做到拨盘开关的

24、数值是多少，VCO 输出信号的频率就是多少 KHz。 （注意：该电路后面还要用，该实验做完后暂时不要拆掉）图 19四） 、健盘置数式 1999KHZ 频率合成器。就是用数字健盘以及一些数字 IC 替代 b 实验中的拨盘开关组成 1999KHZ 频率合成器。最终应做到：当顺序按键盘的任意三个健（如 5.9.2）时，则输出信号的频率就为 592KHz。置数部分的框图如图 20V4522图 201、号码脉冲发生器号码脉冲发生器的核心是电话号码脉冲发生器专用 IC：HM9102D（图 21） ，其技术资料如下：VV13121021411 5643116 81248A4522VDDVDD VDDVDD4

25、522A8 4 2 18161346511142101213VDDVDD4522A8 4 2 181613465111421012134X100K 4X100K 4X100K1KHz PD2 VCO14313 946 71158164046100K 10K 47nOUTVDD10K 51P121 2 34 5 67 8 90* #COL1COL2COL3ROW1ROW2ROW3ROW4HM9102D 可输出号码脉冲，也可输出双音多频信号。其引脚功能为：R1、R2、R3、R4、C1、 C2、C3、C4 与键盘的相应的引线相连。HKS： 启动脚。 HKS = “0”时，启动（片选）BM：断续比选择

26、。 BM = 5V 时，断续比为 2 ：1BM = 0V 时，断续比为 1.5 ：1MODE：模式选择。 MODE = 5V 时，脉冲方式MODE = 0V 时，双音多频方式（ DTMF）SOC1、SOC2：外接 3.58MHz 晶体VDD = 5VVSS = 0VTPM：静噪输出，拨号时为“0” 。 （使用时悬空）DP： 号码脉冲输出（负脉冲） ，OC 电路。DTMF：双音多频（DTMF）信号输出。图 21电话机用键盘的内部结构如图 22。当按某数字时，实际上就是让某根横线和某根竖线短接。如按一下“5”就是让 COL2 和 ROW2 短接一下。（灰）图 22根据上面资料，请用 HM9102D

27、 自己设计一个号码脉冲发生器，要求：1) VDD = 5V；2) 断续比为 1.5 ：1V S M D S 79 T K 133) 号码脉冲输出幅度为 0 到 9V（注意：DP 输出端是 OC 电路，上拉电阻取100K。另外，为安全起见，输出和负载之间应串一个 10K 电阻，如图 21）2、开门脉冲和记数脉冲发生器为了使后面的控制引导电路能正常工作，还需一种开门脉冲。也就是每按一次键，即每输出一列脉冲（不管这一列含有几个号码脉冲）就要产生一个开门脉冲。同时为了使后面的记数电路能正确记数，还应保证“先开门后送计数脉冲” 。也就是要求开门脉冲要比送到计数器的号码脉冲超前一点。所以开门脉冲和号码脉冲

28、的时间关系应如图 23 所示。注意：HM9102D 输出的是负脉冲。HM9102D 输出，作单稳的 CP单稳 2 输出，开门脉冲单稳 1 输出，号码脉冲图 23图 24我们可用单稳电路（CD4098）达到上述目的，如图 24。其中单稳 1 用后沿（上升沿）触发，C,R 分别为 47nF、470K；单稳 2 用前沿（下降沿）触发，C,R 分别为 0.22、3M3，这样单稳 2 的暂态时间 T大于触发信号周期 T，就可连续触发，形成开门脉冲。根据上述原理以及附录中 4098 的管脚功能，自己设计这部分电路3、控制引导电路及计数、置数电路：如图 25。当按第一次键时，开门脉冲通过 4017 仅将百位

29、的门（4011）打开，让紧接着来的号码脉冲通过，并对百位计数器（4518）计数。4518 的输出就替代实验 b 中的拨盘开关作为 4522 的置数信号。当第二次按时，4017 将百位和个位的门关死，打开十位的门，让号码脉冲对十位的计数器计数。第三次按时，则仅打开个位的门。在按百位数之前，应对 4017 和 4518 进行请零。VVTTV910240981214根据图 25，搭出具体电路，完成 1999KHZ 键盘置数式频率合成器。清零部分先设计成手动的，即清零通过一导线用手动式碰一下高电平。再设计成：当第四次按键盘时，自动清零。百 十个 图 25二、PLL 调频（FM）解调如图 26，4046

30、 B 组成 FM 信号形成电路。4046A 组成 PLL 式 FM 解调电路。只要处于锁定状态，4046A（10）脚就输出叠加有一定载波成分的调制信号。经有源 LPF 滤去载波成分就可解出调制信号。实验步骤：1测由运放 324 组成的有源 LPF 的截止频率 f（输入信号应加在 10 电容左侧，但又不能加到 4046A（10）脚。输出信号不能限幅） ；24046A(14) 接地，测其中心频率 fo（应断开 4046B(4)）3调 4046B(4)的 VCO 频率至 4046A 的 fo ;44046B(4)接 4046A(14)，观察锁定波形；加入 Vi（100Hz 1KHz 的正弦波）观察并

31、画出 Vi、4046A(10) 及 Vo 的波形。V40174011451845184518TO4522TO4522TO4522100KRRRCPCPCPCP15图 26三、锁相式双音多频信号（DTMF）解码器1、实验原理在自动电话交换网中，有两种呼叫信号：一种是一串串脉冲信号（如前面实验中用的 HM9102D 产生的信号） ；另一种是双音多频信号（DTMF） 。一台按纽电话机共有 12 个按纽，分别代表 09 等 10 数字及“*” 、 “#”两个符号。每按一个按纽就产生两种音调的信号。不同按纽有不同的音调组合。DTMF信号有两组音调，称高频群（H）和低频群（L） ，每个按纽各由 H 和 L

32、 中的一个频率组成。按纽的频率组合如表 2 所示。双音多频按纽电话有很多优点：选号速度比脉冲选号速度快得多；在通话状态时还能发送其他信号（如计算机数据或遥测遥控信号） ；抗干扰性强，传输特性好等等。16151413121110 98765432116151413121110 9876543214046B4046A9V 9V9V10K10K1M 10K1n1n47n10u100uUiUo1M10K5K110K510P51P100K9V-9V16151413121110987654321VDDXMTRCOL1COL2COL3VSSOSC1OSC2DTMFINHSTROW1ROW2ROW3ROW4M

33、UTECOL4508716表 2图 27 为了产生 DTMF 信号，现在有很多专用芯片，5087 就是其中之一，5087已广泛应用于按键式新型电话机，程控交换机等通信设备和其它电子仪器，是我国优选的通信集成电路品种。其引脚如图 27。引出端功能说明COL1 COL4列输入端。它们通过内部电阻 Rc 保持于 VSS。当与一行输入相接时，该输入将呈有效逻辑电平（近似为 VDD/2）ROW1 ROW4行输入端。它们通过内部电阻 RR 保持于 VDD。当与一行输入相接时，该输入将呈有效逻辑电平（近似为 VDD/2）OSC1、OSC 0振荡器输入与输出端，通常于两端间外接 3.579545MHz晶体，产

34、生电路时钟信号。MUTE静默输出。当无按键输入时，该 CMOS 输出端为 VSS 电平，当有一按键输入时，该端呈现 VDD 电平。其输出状态与 INHST 无关。XMTR发送转换开关。它实际是集电极接于 VDD 的双极型晶体管之发射极输出，若无按键输入时，该输出保持在 VDD 电平；若有一按键输入时，该端呈高阻态，其状态于 INTST 无关。INHST单音禁止输入。该端通过内部上拉电阻接于 VDD。若 INHST 悬空或接至 VDD，电路可产生单音或 DTMF 信号，若 INTST 输入 VSS 电平，则电路只会产生 DTMF 信号，而禁止出现单音。DTM FDTM F 信号输出端。它实际是集

35、电极接于 VDD 的 NPN 晶体管之发射极输出。行和列单音经运放相加与稳幅后，加到晶体管的基极，经驱动而输出。5087 的应用电路如图 28高频群（Hz）低频群（Hz） 1209 1336 1477697 1 2 3770 4 5 6852 7 8 9941 * 0 #17当按单键时，产生 DTMF 信号；当同时按同一列，或同一行的多个键时产生该行或该列所对应的单音信号；当同时按不同行不同列的两键时，不产生信号。图 28图 29双音多频（DTMF）信号解码有多种方法，本实验利用具有很高频率选择性的锁相环集成电路来完成的。每当输入端收到某一键所对应的一对频率时，就输出一个表示该键的脉冲。图 2

36、9 表示解码用的 LM567 锁相环集成电路的方框图。R1C1 决定振荡器的中心频率；R 2C2 是环路滤波器，其中 C2 可在外部调整，改变其通频带。当环路锁定时，鉴相器 有一脉冲输出，经放大器 放大后由（8）脚输出低电平。当环路失锁时， （8）脚输出高电平。LM567 的中心频率为：f0= 1.CR式中：R1C1 的单位分别为欧姆和法拉。环路带宽 BW 为：BW= 207fVino式中，BW 是环路捕捉范围相对于中心频率 fo 的百分率；Vin 是输入信号有效值，应200 mV rms，单位伏特；V345141312111 2 34 5 67 8 90* #COL1COL2COL3ROW1

37、ROW2ROW3ROW4781661VDD(5V)3.58MHz5K11KDTMF5087PD1PD2VCO IIIVrefVCC(5V)VCCVinR1C1R210KC2R34K7C31356247818C2 单位为 f；fo 的单位为 Hz。图 30 为用 LM567 进行单一频率检测电路。如 567 的中心频率为 fo , 当 ui中包含有 fo 成分时， （8）输出低电平，否则高电平。DTMF 信号解码通常是由两个锁相环路成对运用的，分别调谐于输入的两个频率，如图 31 所示。当输入信号同时包含两个频率时，输出可或逻辑“1” 。图 32 是一个具有公共输入信号的按纽音调解码器，用以解调

38、 6 组 DTMF 信号。电路中用 5 个锁相环路，分别调谐于不同频率。电路的功能是能检测出输入信号是由五个频率中的哪两个频率组成，并驱动 6 个或非门产生表示 6 个数字的输出信号。 （如用 7 个 LM567 和 12 个或非门则可解调 12 个 DTMF 信号。 ）W图 30图 31356 2 18475V 5VVin1035K110K104 1u 10u10K567240011209Hz697HzDTMFOUT5V+356 2 18475V 5VVin1035K110K 104 1u 10u10K56756710K10u1u10410K10K103Vin5V5V74 812653192

39、、实验步骤：1） 567 捕捉带测试：电路如图 30。调 W，让(5)脚的频率为1000Hz，Vin=100mVrms（用数字电压表测） ，测出捕捉范围。2）DTMF 信号发生器。电路如图 28，一定要注意 IC 的电源端不要接错。用示波器观察单音信号和双音信号（按双键和单键） ，并用频率计测 7 个单音信号频率。3） DTMF 信号的解码（PLL 法） ，电路如图 32 所示，6 路输出对应键盘的1、2、3、4、5、6 键。5 块 567 中 2 块调谐于低频群，3 块调谐于高频群。或非门用CD4001，每个或非门的输出端接一个如图33 的跟随器。最终应做到按键盘中的某个键时则对应的发光二极

40、管就亮起来图 32图 33356 2 18475V 5V10310K10K 104 1u 10u10K697770 10K10u1u10410K10K103 5V5V74 8126531209 10K10u1u10410K5K1103 5V5V74 8126531336 10K10u1u10410K5K1103 5V5V74 8126531477 10K10u1u10410K5K1103 5V5V74 812653+123456DTMF5V20020四、PLL 数字调谐实验现代的接收机（如电视机、收音机）大多采用超外差接收方式。如要接收的信号的载波频率为 fC，则接收机要产生一个本振信号，其频

41、率 fL=fC+fI，其中 fI 为中频。在模拟调谐方式中，本振信号一般是由 LC 振荡回路产生的。调谐（调台）时，一般是用改变 LC 振荡回路中电容的容量（如改变变容二极管的反向偏压），来改变本振信号的频率，从而达到选台的目的。在数字调谐方式中，本振信号则是用锁相环的方法来产生。即由晶振电路产生频率高稳定的标准信号，再用锁相环倍频的方法产生本振信号，通过改变锁相环反馈回路分频比的方法来改变本振信号频率，就象前面实验中用一片4046 和三片 4522 以及 1KHz 标准信号就可获得 1999KHz 信号一样。要获得某一准确的本振频率，只要在 4522 的置数端置入相应的数值（BCD 码）即可

42、。所以数字调谐的关键就是解决如何置数的问题。在这个实验中我们是用键盘通过 DTMF 编解码的方法来置数。最终应做到：如要接收某一载波信号（如fC=345KHz） ,则只要在键盘上按该载波的数值（即 3，4，5 三个键） ，就可得到 fL=fC+fI=345+455=800 KHz 的本振信号。 （这里中频 fI 为 455 KHz） 。最后信号发生器输出的载波信号和本振信号（4046 的 4 脚输出的方波）经混频滤波后应得到 455 KHz 的中频信号（用示波器观察） 。实验的方框图如图 34。图 34其中：键盘和 5087（或 HM9102D）组成 DTMF 编码电路。MT8870 是 DT

43、MF 解码电路。当输入某个 DTMF 编码信号（即按键盘的V 5 5 5 D DDSS2 2 2 D 21某个键）时，8870 的数据输出端 D01-D04 就输出相应的二进码，同时其 15 脚（CID）输出高电平。即每按一次键，CID 就输出一个正脉冲可作为百、十、个位选择电路的 CP 信号4017 为百、十、个位选择电路，作用是按第一次键时，8870 的 D01-D04 输出的 BCD 码应锁存到 “百 ”位的锁存器，二、三次则分别为“十” 、 “个”位。三片 74LS175（或 CD40175）分别为“百” 、 “十” 、 “个”位锁存器。每片74LS175 含有 4 个 D 触发器（D

44、1D4） ，分别对应 BCD 码的 1，2，4，8 位。三片的 D1 端应都接到 MT 8870 的 D01 输出端，D2、D3 、D4 也类似。4017 的“1”、 “2”、 “3”输出端（即 2、4、7 脚）的输出信号分别作为三片 74LS175的 CP 信号。这样，当清零（对 4017）后，8870 再顺序输出三个数字（如：3，4，5） ，则相应的二进码（0011，0100，0101）就锁存在三片 74LS175 的输出端。三片 74LS175 的输出信号（如：3，4，5）输入到加法器（三片 4560）A输入端，和固定中频数值 455（由 B 输入端输入）相加后的和的数值（如：8，0，0

45、）就作为 4522 的置数信号。即这时锁相环输出的是 800KHz 的方波，作为本振信号。混频电路如图 35，输入信号 Us 的幅度为 15mV ,本振信号为 TTL 电平。根据上述工作原理、方框图以及附录 1，自己设计、搭接具体电路。要求当信号发生器输出 123KHz 的正弦波（即 Us）时，如顺序按 “1”、 “2”、 “3”三键，则用示波器可看到 455KHz 的中频信号 UI，而且要求“上电清零” 。图 35混频电路（MC1496 ）调试步骤：（1） 455KHz 谐振回路调整Us 开路，电位器 W 旋到任一极端位置，示波器探头（X10 档）测1496（12）脚，U L 为 200mV

46、p-p 的 455KHz 附近的正弦信号，微调IUSULU-5V+5V10310351p1433K5K110K 5151 12 34 56810121K1K5110KMC1496455KHzLCW22UL 的频率，观察 LC 回路的选频作用，其中心频率应为 455KHz。如不是 455KHz,则固定 UL 的频率为 455KHz，调线圈的磁芯，使（ 12）脚输出信号的幅度最大，即可。（2） 平衡电位器的调整在步骤（1）的基础上，调电位器 W，使（12）脚输出信号的幅度为零，即可。五、用锁相环方法自己设计一个变频电路。要求将 600Hz 的 TTL 信号变为600* 5 / 6 = 500Hz 的信号。锁相环的 LPF 为附录 3 中的（d ） 。1）用一片 4046 和两片 4017 组成上述电路；2）用一片 4046 和一片 4518 及若干二极管组成上述电路。附录 174LS175（或 CD40175）是四重上升沿 D 触发器（有公共清零端） ，真值表如下（每个触发器）：输 入 输 出L X X LH H HH L LH L X QOCD40604560 是 BCD 码加法器，真值表如下：S=A+B+CI