论文总字数：23653字

摘 要

本次毕业设计任务是设计一款单片机控制的微波锁相源。在一个微波系统中，微波信号源质量的好坏，很大程度上影响了一个微波系统的总体性能。本次设计的主要任务首先理解硬件电路的主要芯片以及单片机的原理。通过对芯片ADF4351的学习，理解其能产生信号相应的寄存器配置。通过软件编程实现按键输入处理，LCD显示，以及电路输出相应信号的功能。在几个月的学习中，进一步了解单片机系统的原理，提高了自身对嵌入式系统软件的编程能力。最终，经过软件的设置和硬件的处理，我们设计的微波锁相源可以方便的实现控制功能，满足我们的使用要求。

关键词：信号源 锁相环 单片机 嵌入式系统

The design and research of microwave phase-locked source

Abstract

The graduation project task is to design a microwave source lock microprocessor controlled by singlechip. In a microwave system, the quality of microwave signal source is very important, and it will affect the overall performance of a microwave system. The main task of this design is to understand the Hardware circuit ，main chip and the principle of singlechip. By learning the chip of ADF4351 , We understand that it can produce a signal corresponding to the register configuration.through software programming, We can achieve the key input processing, LCD display, and functional circuit outputs a corresponding signal. Through several months of study, we have a further understanding of the principle of single-chip microcomputer system, an improvement in our ability programming of embedded system software.Eventually, after the software settings and hardware processing, we have designed a microwave source can easily controlled and it can meet our requirements.

Key Words :signal source； Phase locked loop；singlechip；Embedded system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 设计背景和意义 1

1.2 锁相环电路的发展情况 1

1.3 课题的主要研究内容 3

第二章 总体方案设计 4

2.1 任务与要求 4

2.1.1 任务 4

2.1.2 要求 4

2.2模块设计 4

2.2.1 单片机的选择 4

2.2.2 硬件电路的制作 4

2.2.3 LCD显示功能 4

2.3 系统总体设计 5

第三章 系统硬件概述 6

3.1 STC15系列单片机 6

3.2 ADF4351芯片 6

3.3 硬件电路的设计 8

第四章 系统软件设计 9

4.1 Main函数的设计 9

4.2 LCD显示模块的设计 9

4.2.1 LCD显示总体分析 9

4.2.3 LCD显示程序编写 12

4.3按键处理模块设计 13

4.3.1 按键处理函数的初始化 13

4.3.2 按键处理函数基本程序 14

4.3.3 按键处理的显示 15

4.4 输入幅度和频率处理产生寄存器的值写入芯片 16

4.4.1 把生成寄存器值写入芯片 16

4.4.2 把按键输入的幅度值生成寄存器值写入芯片 17

4.4.3 把按键输入的频率值生成寄存器值写入芯片 17

4.5 综合设计 19

第五章 系统功能实现 20

第六章 总结和展望 24

6.1 总结评价 24

6.2 展望 24

参考文献 28

致谢 26

第一章 绪 论

1.1 设计背景和意义

在所有的微波固态源中，锁相环频率源在很多方面有巨大的优点，比如相位噪声低，无寄生输出，频率稳定度高、频率建立快及易于集成的特点。因此，它广泛应用于电视、广播、测量仪器、遥控遥测雷达、等通信领域^[1]。

锁相环由鉴相器，环路滤波器，压控振荡器三部分构成，其基本原理是利用反馈实现相位和频率的同步，即当参考时钟的频率发生变化时^[2]，锁相环能够通过反馈调节输出频率，再次实现同步功能。其实锁相环就是能够使两个电信号的相位能够同步的系统。

毫不夸张的说，频率源性能的好坏，直接影响到了许多电子设备和系统功能的正常工作。在这当中，锁相技术又是实现高性能频率源的最重要的方法之一^[3]。基于这样的背景，我们此次研究对象为微波锁相源。硬件方面，设计中利用混合式频率合成技术将DDS和PLL二者结合起来，能够兼顾两者的优点。软件方面，通过单片机的控制，软件的处理，能够方便的实现控制功能，完全可以满足我们的使用需求

硬件部分，主要是PLL的带通特性很好地抑制了DDS输出频谱中的部分杂散，并且DDS的高分辨率能够保证足够小的频率步进^[4]。设计中利用混合式频率合成技术将DDS和PLL二者结合起来，能够兼顾两者的优点。通过这个方案实现的频率源能够产生比较高的频率、而且频率转换速度快，最为重要的是能产生较高的频率分辨率。在系统的杂散相位噪声等方面能有有效的保证。本课题主要目的是设计一款通过单片机控制的信号源，用于产生目的信号^[5]。

1.2锁相环电路的发展情况

 在最近几十年中，社会在不断的进步，电子技术发展更加迅猛，技术越来越先进，性能越来越高^[6]。随之产生的问题比较多，比如对频率源的性能和指标也提出了非常严格的要求，进一步刺激了频率源的进一步发展。微波锁相频率源的发展近况如下。

首先是芯片部分，在数字锁相频率源中，使用的各个芯片的技术指标已经得到了很大的提高^[7]。在噪声基底方面，PE3236 数字锁相芯片最高能达到－155 dBc/Hz。此芯片由美国的PEREGEINE 公司的生产。除此之外，美国国家半导体公司的 LMX2330类芯片，Qualcomm 公司的 Q3236性能也同样非常好^[8]。在体积功耗等方面，数字锁相频率源所用芯片的体积和功耗也越来越小；在频率方面，许多芯片的工作频率也越来越高，最高能产生 6 GHz的信号，由 ADI 公司生产^[9]。在原理方面，鉴相器采用电流型的电荷泵技术，不再使用传统的电压型，这样能够使得鉴相器的输出变为误差电流而不是误差电压。电荷泵锁相频率源在功耗、速度、成本等方面有很大的优点。除此之外，理想的电荷泵还具有无限大的环路增益，如果不考虑压控振荡器的电压输入范围的话，电荷泵环路将会具有无限大的频率牵引范围。电荷泵技术的优点特别明显，所以得到了广泛使用，在锁相环路滤波设计时，就可以采用无源的环路滤波器^[10]。其优点有两方面，第一，锁相环仍然可以获得理想二阶环滤波器的性能；第二，它可以改善因环路滤波中存在有源器件而使相噪的恶化。取样锁相频率源的应用^[11]。取样锁相是利用阶跃恢复二极管产生与需要锁定频率相同的参考频率的某次谐波，然后在混频器中对该谐波和压控振荡器频率进行鉴相，从而完成锁相。其优点是输出相位噪声更低^[12]。因此现在只在对相位噪声要求较高的地方采用取样锁相。国内X 波段的取样锁相介质振荡器的输出相位噪声可达－108 dBc@10 kHz。在国外，从 S 波段 Ku 波段的取样锁相介质振荡器的输出相位噪声可达－115 dBc@10 kHz^[13]。

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