锁相环是一个相位误差控制系统。它比较输入信号和振荡器输出信号之间的相位差， 从而产生误差控制信号来调整振荡器的频率，以达到与输入信号同频同相。
本课题给出一种以单片集成PLL芯片74HC4046为核心，并通过AT89C51 单片机对74HC4046进行控制来实现锁相频率合成器的设计方法，设计一个由单片机、定时计数器及单片集成锁相环路组成的可编程控制频率合成器。本文在介绍了74HC4046芯片的内部功能结构的基础上，探讨了锁相频率合成器的基本原理和工作特性,给出了74HC4046的锁相频率合成器的硬件电路结构和软件程序设计方法。该设计经仿真测试证明,锁相效果良好,结构精简，性能可靠。
关键词74HC4046；
AT89C51；
频率合成器 Abstract In the design and development process of modern electronic technology, especially in communication, radar, aviation, aerospace, instrumentation and other fields, are needed to further improve the precision offrequency frequency source is a series of high precision, high stability. In this way, the oscillator has beenunable to meet the development requirements of various applications, while the perance of crystaloscillator is good, but the single frequency, or only in the context of minimal fine-tuning. Phase locked loopis aphase errorcontrol system.Itcompares the signal and theoutput signal of the oscillatorphasedifference,therebygenerating an error controlsignal to adjustthe frequency of the oscillator,in order to achieve thesame frequency and phasewith thesignal. This topicis to design acomposed of single-chip,timing counterandmonolithic integratedPLLProgrammablecontrol frequency synthesizer,so thedesign processwill involve aphase locked loop,frequency synthesizer andthe microcontroller knowledge.This paper presents amonolithic integratedPLLchip 74HC4046 as the core,and through the AT89C51MCUto control 74HC4046to realize the design ofPLL frequencysynthesizer.In this paperthebasicfunctionalstructureof chip of 74HC4046,discusses the basicprinciple and working characteristics ofPLL frequency synthesizer,the hardware structureandsoftwaredesign ofPLL FrequencySynthesizer Based on 74HC4046is given.Thedesign of thesimulationtest,the lock-in effectis good,simple structure,reliable perance. Key words 74HC4046;AT89C51;frequency synthesizer 目录 摘 要I AbstractII 1绪 论1 1.1 设计背景及意义3 1.2 锁相环频率合成器综述3 2基于单片机的锁相环频率合成器方案设计与论证4 2.1 课题研究的内容与要求4 2.2 方案的设计与选择4 2.3 设计原理5 2.3.1 锁相环基本原理6 2.3.2 锁相频率合成器的基本原理8 3 基于单片机的锁相环频率合成器设计方案10 3.1 硬件系统的设计10 3.1.1 74HC404610 3.1.2 CD452215 3.1.3 LCD160216 3.1.4 AT89C51单片机18 3.2 软件系统设计22 3.2.1 软件系统主程序流程图22 3.2.2 键盘扫描流程图23 3.2.3 脉冲计数流程图24 4 电路仿真25 4.1 仿真软件介绍25 4.1.1 proteus25 4.1.2 Keil编译软件26 4.2 硬件电路仿真27 4.2.1 锁相环模块27 4.2.2 4522分频器模块28 4.2.3 单片机模块29 4.2.4 显示及按键模块30 结论31 致 谢32 参考文献33 附 录34 附录A High Speed Digital Hybrid PLL Frequency Synthesizer34 Abstract34 INTRODUCTION34 DH-PLL synthesizer35 Simulation results and discussion36 Conclusion37 REFERENCES37 附录B 高速数字混合锁相环频率合成器37 摘要38 1简介38 2.DH-PLL合成器38 3 仿真结果与讨论39 4 结论39 参考文献40 附录C 程序代码40 附录D 仿真结果44 71 1 绪 论 锁相环路（PLL）是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，它在无线电技术的各个领域得到了很广泛的应用。锁相环路有其独特的优良性能，它具有载波跟踪特性，作为一个窄带跟踪滤波器，可提取淹没在噪声之中的信号；
用高稳定的参考振荡器锁定，可作提供一系列频率高稳定的频率源；
可进行高精度的相位与频率测量等等。它具有调制跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器。它具有低门限特性，可大大改善模拟信号和数字信号的解调质量。70 年代以来，随着集成电路技术的发展，逐渐出现了集成的环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路，锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能组件，这就为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。
锁相原理在数学理论方面，早在 30 年代无线电技术发展的初期就己出现。1930 年己建立了同步控制理论的基础。1932年贝尔赛什Bellescize第一次公开发表了锁相环路的数学描述，用锁相环路提取相干载波来完成同步检波。到了 40 年代，电视接收机的同步扫描电路中开始广泛地应用锁相技术，使电视图像的同步性能得到很大改善。进入50年代，随着空间技术的发展，由杰斐Jaffe和里希廷Rechtin利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器获得成功,并首次发表了包含噪声效应的锁相环路线性理论分析的文章，同时解决了锁相环路最佳化设计问题。在 60 年代，维特比Viterbi研究了无噪声锁相环路的非线性理论问题,并发表“相干通信原理” 一书。到70年代林特塞Lindscy和查利斯Charles 进行了有噪声的一阶、二阶及高阶锁相环路的非线性理论分析，并作了大量实验以充实理论分析。
当前，随着数字技术的发展及微控制器在电子系统中的广泛应用，在很大程度上改变了传统的设计方法，数字频率合成技术的应用也日益广泛。数字频率合成器应用于通信设备中，使得工作频率的选择变得极为简单而又精确。并且随着大规模集成电路（LSI）技术和单片微机技术的迅速发展，大大促进了数字锁相频率合成器集成化程度的提高和体积的缩小，满足了通信设备的高集成度和超小型化的要求。特别适合某些特殊场合的应用。
AT89C51 单片机是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，AT89C51 单片机与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位 CPU 和闪烁存储器组 合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 单片机是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
锁相环路具有许多优良特性，它可用于频率合成与交换、自动频率调谐、模拟和数字信号的相干解调、AM 波信号的同步检波、数字通信中的位同步提取、锁相稳频、锁相倍频与分频、锁相测速与测距、锁相 FM PM调制与解调、微波锁相频率源及微波锁相功率放大器等。目前，锁相环路的理论研究正日臻完善，应用范围遍及整个电子技术领域。现在锁相环路正向着集成化、数字化、多用途、系列化、高速度、高性能方向迅速发展且商品化集成锁相环路日益增多，为锁相技术应用提供了广阔前景。
本系统环路输入端由高稳定度和高准确度的晶体振荡器经参考分频器分频后,输出基准频率,然后利用锁相环路良好的窄带跟踪特性,使压控振荡器的输出频率准确地稳定在参考频率或某次谐波上,环路芯片CD4046设有程序分频器和参考分频器,可由单片机AT89C51来编程控制,并可通过改变单片机程序,利用所提供的N,R值,来求高性能的输出频率fo。当环路锁定时，输出频率可由正式计算出。
本锁相环频率合成技术主要以模拟电路形式出现，已经成为一种成熟的频率合成技术，出现了大量的可编程控制的高集成度产品，所以在频率合成器的设计中，环路滤波器的设计成为重点，这样，对环路滤波器的分析变得重要。通过对设计产品的输出频率相位噪声、杂散输出和转换时间的理论分析，可以尽可能地设计出高质量的产品。随着数字技术的发展，直接数字频率合成技术DDS越来越受到重视，和模拟的技术相比较，DDS 具有高分辨率和快速频率转换时间的优势，但在高频输出和对寄生噪声、杂波的抑制方面还有不足，所以，目前出现了 DDS 和 PLL混合设计的频率合成技术。
基于锁相环的间接频率合成技术，又称锁相式频率合成技术，是在四十年代初根据控制理论的线性伺服环路发展起来的，它利