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。 F1、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
图16
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2——9KHZ频率合成器。 如图17
三）、拨盘开关式1——999KHZ
频率合成器
1、单片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，Q1—Q4是计数器输出端，其余控制端的
功能如下：
PE（3）=“1”时D1—D4值置进计数器
EN（4）=“0”且CP（6）时，计数器（Q1—Q4）减计数；
CF（13）=“1”且计数器（Q1—Q4）减到“0”时，QC(12)=“1”
Cr(10) =“1”时，计数器清零。
图17 2——9KHz频率合成器
（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1－9KHz频率合成器
2、用三片4522组成1——999HHZ频率合成器
如图19，最终应做到拨盘开关的数值是多少，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1——999KHZ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1——999KHZ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20
图20
1、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：
HM9102D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）
B／M：断续比选择。B／M = 5V 时，断续比为 2 ：1
B／M = 0V 时，断续比为1.5 ：1
MODE：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 = 5V
VSS = 0V
T／PM：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。
图22
根据上面资料，请用HM9102D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 ：1
3) 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
图23
单稳1输出，号码脉冲
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、470KΩ；单稳2用前沿（下降沿）触发，C,R分别为0.22μ、3M3Ω，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。
根据图25，搭出具体电路，完成1——999KHZ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。
图25
二、PLL调频（FM）解调
如图26，4046 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10μ电容左侧，但又不能加到4046A（10）脚。输出信号不能限幅）；
2．4046A(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 ;
4．4046B(4)接4046A(14)，观察锁定波形；
加入Vi（100Hz~1KHz的正弦波）观察并画出Vi、4046A(10)及Vo的波形。
图26
辽公网安备21120202000012