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FM调制器（MC1648+MC12022+MC145152）摘要：本设计是基于数字频率合成技术，采用单片机来完成控制的FM调制器。利用锁相环式频率合成器，由单片机实现对PLL频率合成芯片MC145152的控制。可自动改变频率，步进达100KHz；可实时测量压控振荡器输出频率，并用液晶显示器显示；采用了AGC电路来稳定输出电压；功率放大选用三极管S9018，提高了放大器的效率。同时系统还实现了频率扩展、立体声编码等实用性功能。程序设计采用C语言,在单片机AT89C52芯片上编程实现，经测试，整机功能齐全，发射信号正常；输出频率稳定度优于10-5；输出功率≥100mW；输出阻抗为50Ω。关键词：压控振荡器数字频率合成单片机MC1648ThemodulateofFMTransmitterAbstact：Thesystemadoptingmicrocontrollers51todesigntheFrequencyModulationTransmitterisbasedonthedigitalfrequencysynthesizetechnical.ThesystemismadeupofVoltageControlLCOscillator,PhaseLockedLoop,AGCcircuit,Dual–ModulusPrescaler,microcontrollerscircuit,peaktopeakvoltagevaluemeasurecircuit,LCDmoduleandkeyboard.ThedigitalPLLcircuitismadeupofsomeintegratecircuits,theyareMC145152、MC1648、MC12022.itcanimprovestabilityoffrequency.ItcanautomaticallychangeandmeasurethefrequencyofTransmitterwithastepof5kHzandPoutanddisplayitbyLCD.Meantimeitrealizesthefunctionsofexpandingthefrequency,stereocoding,amplifythepoweretc.MocrocontrollersadoptsAT89C51whichisproducedbyCorpAtmel,itbelongtothecatenaof51,adaptingtodesigningtheprogramwithC.Itisprovedtobewellfunctioning,theoutputfrequencyisstable,thesinewaveisbeautifulandlubricity.becauseofadoptingthedigitalPLLfrequencysynthesizetechnical,thestabilityoffrequencyaddto10-6;whenthesignalpassfilter.TheSignal-to-NoiseattainthestandardofA,promulgatedbynation.Keywords：VCOdigitalfrequencysynthesizesinglechipMC1648目录第一章系统设计………………………………………………………………31.1总体设计方案…………………………………………………………………….31.1.1设计要求…...…………………………………………………………………...31.1.2设计思路…...…………………………………………………………………...31.1.3方案论证与比较………………………………………………………………...31.1.4系统组成…...…………………………………………………………………...6第二章单元电路设计……..…………………………………………………...62.1压控振荡器的设计.………………………………………………………………62.2锁相环路的设计……....……………………………………………………….…92.2.1PLL频率合成电路设计……………...………………………………………..102.2.2前置分频器……..…………………………………………………………….112.2.3鉴相器………..……………………………………………………………...122.2.4环路滤波器…………..………………………………………………………132.2.5电源电路………………………………………………………………………142.3功率放大电路的设计....………………………………………………………...142.4立体声编码器的设计…………………………………………………………...152.5输出功率测量的设计…………………………………………………………...162.6控制电路设计和频率计算…………....………………………………………...16第三章软件设计……………………………………………………………….183.1MC145152的控制和显示部分的设计…...……………………………………..183.2测频计的设计…………………………………………………………….……..193.3TLC549的控制程序设计………………………………………………………..203.4液晶显示驱动的设计…………………………………………………………...20第四章系统测试……………………………………………………………….214.1测试使用的仪器…………………………………………………………….…..214.2指标测试和测试结果………………………………………………………..…..214.2.1输出频率范围和稳定度的测试………...………………......……………………214.2.2输出功率的测试…………...………………...…………………………………214.2.3VCO可实现的功能…………………………………………………………21第五章结束语…………………………………………………………….……22第六章参考文献……………………………………………………………….22附录…….……………………………………………………………………………22第一章系统设计1.1总体设计方案1.1.1设计要求1．基本要求（1）载波的频率范围68Mhz～88Mhz；（2）步进100Khz，随时可调；（3）载波频率稳定度优于10-3；（4）最大频偏：75Khz；（5）频率响应：100hz～10Khz，±6dB；（6）失真度：100hz～10Khz，≤3%dB；（7）信噪比：20lgS/N≥40dB；（8）残波辐射：10lgP0/PN≥40dB；（9）射频输出功率：100mW，负载50Ω；（10）能显示载频频率和输出载波功率。2．发挥部分：（1）载波频率稳定度提高到10-5；（2）加载立体声编码器；（3）进一步提高残波辐射指标，优于50dB；（4）进一步提高音质三大指标（即频率响应、失真度和信噪比）；（5）其他（例如扩大载波的频率范围等）。1.1.2设计思路按照题目的要求，主要设计一个FM调制器，使其输出68Mhz到88Mhz的频率信号。该设计的核心是数字频率合成技术，利用锁相环的原理，使VCO的频率锁定在参考频率的稳定度上。采用自动增益控制（AGC）电路使输出电压幅值稳定。控制和显示部分的设计采用单片机来完成。并且增加了立体声编码等功能，使该方案更加完善。1.1.3方案论证与比较1．压控振荡器的设计方案论证与选择方案一：采用分立元件构成。利用低噪声场效应管J310作振荡管，用两对变容二极管直接接入振荡回路作为压控器件，电路属于电感三点式振荡器。图1.1.1为其简化电路图。该方法实现简单，但是调试困难，而且输出频率不易灵活控制。图1.1.1分立元件构成的VCO简化电路方案二：采用压控振荡芯片MC1648和变容二极管MV209，外接一个LC谐振回路构成变容二极管压控振荡器。选取适当的电感，便可改变MC1648的输出频率。另外，MC1648内部有放大电路和自动增益控制，可以实现输出频率稳幅，射极跟随器有隔离作用，可减小负载对振荡器工作状态的影响。由于采用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。图1.1.2大规模压控振荡器电路（MC1648）综上，拟定方案二利用压控振荡芯片MC1648和变容二极管MV209，外加一个LC并联谐振回路来设计压控振荡器。2．频率合成器的设计方案论证与选择频率合成是整机的核心，为了得到高度稳定的频率输出，并且输出频率可调，可以采用锁相环频率合成技术，输出频率稳定度与晶振的稳定度相当，达到10-5，频率步进可以为任意值。此技术采用单片机来实现控制。方案一：模拟锁相环路法，通过环式的减法降频，将VCO的频率降低，与参考频率进行鉴相。优点是：可以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率不高，频率变化范围不大，比较好做，带内带外噪声和锁定时间易于处理。不需要昂贵的晶体滤波器。频率稳定度与参考晶振的频率稳定度相同。缺点是分辨率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较困难。方案二：数字锁相环路法，如图1.1.3所示，通过数字逻辑电路把VCO（压控振荡）的频率降低到鉴相器的参考频率上，采用的是除法降频。除具有方案一的优点外，克服了方案一的缺点，还能与灵活方便的数字电路结合，做成数控可变分频，得到任意的频率，并且便于集成化，大大简化电路连线，缩短电路制作时间，降低整机体积。综合考虑，本设计采用方案二。图1.1.3数字锁相环频率合成原理3．控制模块的设计方案论证与选择方案一：采用单片机控制，其使用灵活方便，能较大限度的开发其自身资源，性价比高。方案二：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心。由于FPGA具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，特别是结合EDA（电子设计自动化），可以达到很高的效率。系统的多个部件如频率测量电路，键盘控制电路，显示控制等都可以集成到一块芯片上，大大减小了系统的体积，并且提高了系统的稳定性。考虑到目前使用FPGA的成本较高，作为产品，选用方案一更合适。4．测频模块的设计方案论证与选择方案一：采用数字集成电路设计一个频率计来测量输出频率。该电路的设计中包括了放大整形电路、时基电路、逻辑控制电路、计数器、锁存器等，其组成框图如图1.1.4所示。其中放大整形电路可由晶体管3DG100与74LS00等组成；时基电路由555定时器构成的多谐振荡器产生；逻辑控制器由74LS123构成，产生高低电平控制锁存器和计数器的工作；计数器选用74LS90；锁存器选用74LS273；最后通过74LS48译码显示。虽然原理简单，实现比较容易，但是电路复杂，可靠性不高。图1.1.4数字集成频率计组成框图方案二：采用单片机来实现测频功能。将压控振荡器的输出频率经过前置分频器MC12022进行高速分频后再经过74LS390进行固定分频，然后送入单片机测量，并实时送入液晶显示器显示测得的频率。由于MC12022可对输入正弦波整形，所以不需外加整形电路，这样硬件电路十分简单，只利用软件编程便可实现一系列的功能。集成于一块芯片上，可靠性高，准确性好，且容易实现。图1.1.5采用单片机实现的频率计组成框图综上，拟定方案二用单片机实现输出频率的测量。5.功率放大电路方案选择与论证方案一：采用电子管作为高频功放的电子器件。就高频大功率而言，电子管在输出功率和最高工作频率方面仍占优势。方案二：采用晶体管作为高频功放的电子器件。晶体管具有体积小、重量轻、耗电省、使用寿命长等优点，但其内部物理过程比电子管复杂得多，且其高频功放工作状态的计算十分困难，通常只进行定性的分析与估算，再依靠实验调整到预期的状态。结合本设计实际需要考虑，决定采用方案二。6．立体声编码模块的设计方案论证与选择方案一：采用分立元件组成立