LC压控振荡器课程设计（含程序）武汉理工大学《学科基础课群课设》摘要本设计是一个功能完善,性能优良的高频VCO(Voltage Control Oscillation)。
主振器由分立元件组成。
电压对频率的控制是通过变容二极管来实现的。
即通过改变变容二极管的反向压降，从而改变变容二极管的结电容，继而改变振荡频率。
系统的输出频,3率范围为10MHz—40MHz。
频率稳定度在以上。
设计以单片机为控制核心，实现频10率和电压值的实时测量及显示并控制频率步进，步进有粗调和细调的功能。
粗调可实现较大步进值调节，是调可实现较小步进值调节。
该功能使得频率的准确定位十分方便。
本电路在调频部分为提高输出频率精度，采用单片机控制主振器参数，根据产生不同的频率范围控制不同的主振器参数而达到提高精度和稳定度的目的。
为了高频信号的良好传输，本设计的部分电路板采用了人工刻板使得本设计更加特色鲜明，性能优良。
关键字:VCO 单片机变容二极管 ADC0804AbstractThis design is a high frequency VCO with comprehensive and perfect function. The main vibrator is made up of several separable components. Voltage control on the frequency is realized by way of varicap diode. That, changing the reverse voltage of diode can adjust the frequency. The frequency of the apparatus can output from 10MHz to 40MHz, and itsI武汉理工大学《学科基础课群课设》,3frequency stability can reach .This design uses a single-chip as control core to measure 10and display the frequency and voltage and regulate frequency. The frequency adjustment includes two procedures -approximate adjusting and slight adjusting, The slight adjusting can realize the precise frequency output. In order to change the precision of frequency to output, the circuit control the main vibrator with a single-chip. In order go gain what we to. we can change the different parameters of the main vibrator. In addition, Some part of the design wield arterial pattern plate. It nape the circuit mare perfect.Key words: VCO MCU DIODE ADC0804目录1. 系统设计 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 设计思路 (1)1.3 系统整体方案 (1)2. 单元电路设计 (2)II武汉理工大学《学科基础课群课设》2.1 压控振荡器的设计 (2)2.2 锁相环路的设计 (4)2.3 单片机控制模块设计 (5)2.4 功率放大器设计 (7)2.5 峰峰值检测显示电路设计.....................................................................9 3. 软件设计................................................................................................10 4. 仿真结果 (11)4.1 VCO振荡电路仿真结果 (12)4.2峰峰值检测电路仿真结果 (13)4.3频率步进仿真结果..............................................................................13 5. 心得体会................................................................................................15 6. 参考文献................................................................................................16 7. 附录 (17)III武汉理工大学《学科基础课群课设》1. 系统设计1.1设计要求(1)任务设计并制作一个电压控制LC振荡器。
(2)要求1)振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。
2)输出频率范围:15MHz,35MHz。
-33)输出频率稳定度:优于10。
4)输出电压峰-峰值:Vp-p=1V?0.1V。
5)实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10,。
6)可实现输出频率步进，步进间隔为1MHz,100kHz。
(3)说明1(设计报告必须包括建模仿真结果1.2设计思路根据系统的设计要求，拟采用基于单片机控制的系统结构。
本系统可分为三大部分:电压控制LC振荡源电路、锁相环稳频步进电路和压控LC振荡源的测控和显示电路。
首先VCO振荡器采用分立元件构成的电容三点式西勒振荡电路，采用数字锁相环式频率合成器技术，由时钟发生电路、鉴频/鉴相器(FD/PD)、可变分频器(?N)和压控振荡器(VCO)组成。
利用锁相环，将VCO的输出频率锁定在所需频率上。
可以很好的选择所需频率信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器。
控制部分采用单片机来完成，结合AD测量出电压的峰峰值，并利用液晶显示模块显示输出设定的输出频率及电压峰-峰值，另利用键盘模块来完成对频率的步增步减功能。
1.1系统整体方案由以上的论证可得出系统的基本硬件结构，再结合AT89C51单片机控制，即可构成本系统。
系统整体框图如图1.1所示。
液晶显示单片机 PLL VCO 功放AT89C51控制单元 Vp-p检测采样键盘 A/D图1.1 系统方框图1武汉理工大学《学科基础课群课设》2. 单元电路设计2.1 压控振荡器设计正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。
反馈式三端LC振荡器比较常用的电路形式又可以分为两大类:电感反馈式三端振荡器与电容反馈式三端振荡器。
电感反馈振荡电路容易起振，但电感反馈支路为感性支路，对高次谐波呈现高阻抗，故对回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大;另外，由于两个电感元件上的分布电容并联于电感元件的两端，工作频率越高，分布电容的影响也愈严重，这就使得电感反馈式三端振荡电路的工作频率不能太高。
电容三端振荡器的优点是输出波形较好，该电路中的不稳定电容(分布电容，器件的结电容等)都是与该电路并联的，因此适当加大回路电容量，就可以减弱不稳定的分布电容对振荡频率的影响，提高了频率稳定度。
本设计采用经典的西勒振荡器，该电路具有频率稳定度好，振荡频率高的优点，使用变容二极管改变电路的谐振频率，由于变容二极管的结电容随反向偏压增加而减少，因此若电路中的电容选用变容二极管作反向运用并加上控制电压，就可改变由LC决定的振荡器的频率。
若电感的值一定，则可调频率的范围由变容二极管的容量变化范围决定。
设计的仿真电路如图2.1所示。
图2.1 VCO电路图设计2武汉理工大学《学科基础课群课设》C4C5图2.1等效的LC振荡交流回路如图2.2所示。
100 pF1000 pFu1100 pFL1 D2330 nH,R100 pF图2.2 等效的交流回路 100由图可得振荡回路中的等效电容为(其中Cd为变容二极管的结电容):C=33.3+(100*Cd)/(100，Cd) (式2-1)那么振荡器产生的频率为:1/2 f =1/2π(L1*C) (式2-2)VCO产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关。
图2.3为变容二极管MV209的测试图。
可利用图中(a)所示的测量电路来测变容二极管的压容特性。
(b)为其压容特性和压控振荡器的压控特性示意图。
从图中可见变容二极管的反偏电压从V,V变DminDmax化，对应的输出频率范围是f,f。
在预先给定L的情况下，给变容二极管加不同的minmax电压，测得对应的谐振频率，从而可以计算出Cd的值。
减小谐振回路的电感感抗，改变电容容量，不需要并联二极管即可很容易地实现频率扩展。
在本设计中通过该方法使输出频率的范围扩展到14,45MHZ。
(a)电容特性测量电路 (b)变容二极管压容特性及压控振荡器的压控特性图2.3 变容二极管特性测试图3武汉理工大学《学科基础课群课设》2.2 锁相环式频率合成器的设计锁相环的基本原理框图如图2.4所示。
采用锁相环频率合成，可以得到任意频率步-5进，同时频率稳定度与参考晶振相当，可以达到10。
锁相环路主要由晶振、参考分频器、压控振荡器(VCO)、鉴频/鉴相器(FD/PD)、可编程分频器组成。
它是应用数字逻辑电路将VCO频率一次或多次降低至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，通过低通滤波器取出误差信号来控制VCO的频率，使之锁定在参考频率的稳定度上。
fc 晶振参考分频器鉴相/鉴频器压控振荡器ft 器可编程分频器图2.4 锁相环基本原理框图2.2.1 PLL频率合成电路设计频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率源的频率准确度的变化，所以实际上是频率不稳定度，他表征频率源维持其工作于恒定频率上的工作能力。
各种频率源的频率值由于受内外因素的影响，总是在不断地变化着。
为了提高频率的稳定度我们设计了PLL: 以提高电路性能。
本设计的PLL与系统构架框图如图2.5所示FVCOVco隔离放大倍频功率放大器10MHz–40MHzPDOMCU控制10K40464059四分频10K显示驱动显示4060100K基准图2.5 PLL系统框架图示虚线框为锁相环路。
它与主振荡器的接口有两个。
一是FVCO，该信号的频率就是压控振荡器(VCO)的频率，另一是误差纠正电压PDO。