电压控制LC振荡器的设计+仿真图+流程图+源程序(3)
1.2.5 显示方案
液晶显示(数据串行传输)。由于显示时并不需要高速度，数据可以采用串行方式传输，并利用RS232通信原理实现，在此只需单方向传输，又可节省一根。此方案大大减少了连线，只需一根线即可完成单片机对液晶显示的控串行方式液晶显示及数据传送，节省资源。并因此选用此方案。
1.3 系统整体设计
综合以上选定的方案，得到系统总体框图如图4所示。
图4 系统总体框图
图4中，集成电路MC1648，MC145152，MC12022，低通滤波网络和晶振构成锁相环频率合成器，FPGA集成了控制电路与频率计，单片机专门负责驱动液晶显示，峰值检波器与电压放大器构成输出电压峰峰值的测量电路。
2. 单元电路设计
2.1 锁相环频率合成电路设计
用锁相环频率合成方式控制变容二极管的偏压。该方案的显著优点是频率稳定度高，与晶体振荡器的稳定度相同。当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率保持稳定。采用锁相环频率合成，可选择频率步进，同时频率稳定度与参考晶振相当，达到10-5[5,10]。以下就其各部分的设计进行详细论述。
2.1.1 压控振荡器电路设计
压控振荡器采用芯片MC1648，变容二极管MV209及电感和少量阻容元件构成，如图方案二压控振荡电路所示。外部的并行槽路中，电感用0.93mm漆包线平绕约8匝，然后用高频Q表测定其值L并微调至约1.5μH,外接电容C11由式
（1）
推出，其中CD为变容二极管的电容。其电容量与反偏电压的关系用图5所示电路进行测试，从扫频仪输入0～300MHz的信号，调节电位器R3使得加MV209上的电压以0.5V为间隔从1V～10V变化，观测槽路的谐振点频率并记录下来。利用Matlab计算出频率与容量的关系，从而得到电压与容量关系曲线，如图6。
图5 变容二极管特性测试电路
图6 Matlab计算得到的变容二极管特性曲线
可见，当变容二极管MV209的反偏电压从1V～10V变化时，其容量从11pF～33pF变化。
当f0＝88MHz时，取CD＝36pF，外接电容最大值Cmax＝50pF；此时减小变容二极管CD的，可使输出频率上升到108MHz。由于变容二极管的变化范围较小，输出频率的范围也较小，要使频率继续增大，因此，采取分档的方式，如图7所示，在低频段，L和C的值较大，通过拨键开关S1，S2，S3将所有LC元件并入槽路，而到了高频段则减小L和C，通过拨键减少并入的LC元件[6,9]。从而可使LC振荡频率从70MHz-143MHz变化。为使输出幅度稳定在1.0V，电路引入了交流电压串联负反馈并利用MC1648的自动增益控制来调节振荡幅度。
图7 扩展输出频率范围的压控振荡器电路
2.2 输出电压峰－峰值测量电路设计
电压峰－峰值测量需要先找出输出频率的包络，采用峰值检波器，检波二极管采用2AP30，其导通内阻约为r＝1.0kΩ，选取C＝0.1，负载R＝100k，则RC>>rC。通过高频信号发生器产生的60～110MHz，电压峰-峰值为2V的信号对电路进行测试，其输出幅度很小，只有几百毫伏，因此再加一级电压比例放大器，放大倍数A＝R2/R1＝100，就可得到约3伏的电压。电路如图8所示。该电路测到的电压为模拟量，用一片模数转换芯片ADC0809将其转换成8位数字量送单片机显示，由于ADC0809的参考电压加5V，显示时要按1/5折算。IN接输出频率，OUT接ADC0809。根据示波器的测试数据及其波形，来测试输出电压的峰峰值是否达到设计目标，也可用数字式万用表测量输出电压。通过调节频率或者改变电阻电容的阻值，来判断电压的稳定度是否在1V左右[11]。