摘要：LMX2332是美国国家半导体公司生产的集成数字锁相环（PLL）电路文章介绍了利用单片机AT89C2051控制数字锁相环LMX2332及压控振荡器JTOS-150实现低噪声频率源的方法，该方法可通过改变AT89C2051的程序得到不同频率的信号

关键词：AT89C2051；单片机；锁相环；LMX2332；频率合成器

　　数字式频率合成器能提供长期频率稳定度与短期频率稳定度都仳较高且杂波少的信号输出，而且波道数目多、体积小、易于数字化和集成化。数字锁相环构成的数字式频率合成器是目前通信、仪表、雷达等电子技术中广泛应用的一种频率合成技术它的基本组成如图１所示。 该环路的输入端有一个数字参考分频器÷Ｒ，而在环路的反馈支路上有数字程序分频器÷Ｎ?这样当环路锁定时，压控振荡器的输出频率为：

ｆ０＝Ｎ ｆｒ＝(Ｎ／Ｒ)ｆφ

式中ｆｒ为实际参考频率；ｆφ为参考晶振频率。

　　用单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１控制频率合成器时，主要是向数字式频率合成器ＬＭＸ２３３２提供适当的數字参考分频比Ｒ和数字程序分频比Ｎ这样，根据需要改变单片机的程序就可以产生相应频率的信号

２ 基于单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１的控制电路

　　该系统用单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１ 的Ｐ１口作为锁相环的输出端口，Ｐ１．７、Ｐ１．６、Ｐ１．５分别对应ＬＭＸ２３３２的ＬＥ、Ｄａｔａ、Ｃｌｏｃｋ其中Ｄａｔａ是ＬＭＸ２３３２的数据输入脚；ＬＥ是ＬＭＸ２３３２的使能端，低电平有效；Ｃｌｏｃｋ是ＬＭＸ２３３２的时钟输入端上升沿有效。图２所示是用ＡＴ８９Ｃ２０５１控制的频率合成器的电路框图其中ＡＴ８９Ｃ２０５１与ＬＭＸ２３３２之间通过７４ＬＳ３７３进行缓存，否则将会在ＶＣＯ输出信号中出现单片机产生的杂散Ｃ１，Ｃ２Ｒ２，Ｃ３Ｒ３用于构成环路滤波器。

３　ＡＴ８９Ｃ２０５１的程序设计

　　ＬＭＸ２３３２的控制字有２２位其中低两位是地址位?００表示输入中频参考分频器，０１表示输入中频程序分频器１０表示输入射频参考分频器，１１表示输入射频程序分频器高１９位是数据位。参考频率为１０ＭＨｚ输出频率为１００ＭＨｚ，可以设中频的参考分频器Ｒ为４程序分频器为４０。

　　在单片機ＡＴ８９Ｃ２０５１向ＬＭＸ２３３２输入控制时应按表１的顺序从高位开始，输入前应先将ＬＭＸ２３３２的ＬＥ置低每输入１位给Ｃｌｏｃｋ一个有上升沿的脉冲。上升沿脉冲子程序为：

ＣＬＯＣＫ：ＳＥＴＢ Ｐ１．５；给ＬＭＸ２３３２的Ｃｌｏｃｋ一个上升沿 ＮＯＰ 　；增加脉冲宽度

ＣＬＲ Ｐ１．５ ；设定ＬＭＸ２３３２的Ｃｌｏｃｋ脚为低以便下次输入

单片机向ＬＭＸ２３３２传输的数據由Ｄａｔａ输入。输入中频参考分频器Ｒ的程序如下：

ＩＦ Ｒ?ＣＬＲ Ｐ１．７ ；设置ＬＭＸ２３３２的ＬＥ为低

ＣＬＲ Ｐ１．６ ；准備向ＬＭＸ２３３２的Ｄａｔａ输入低

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ ；向ＬＭＸ２３３２的Ｄａｔａ脚输入一位数据

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＳＥＴＢ Ｐ１．６ ；准备向ＬＭＸ２３３２的Ｄａｔａ输入高

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＭＯＶ Ｒ５＃０ＣＨ

ＣＹＣＬＥ１：ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ　；连续输入１１位相同的数据

ＤＪＮＺ Ｒ５，ＣＹＣＬＥ１

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

ＡＣＡＬＬ ＣＬＯＣＫ

　　经过适当改变单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１的程序并向ＬＭＸ２３３２输入不同的参考频率分频系数Ｒ和程序分频系数Ｎ，可以得到不同的频率信号图３分别是同一锁相环产生的１００ＭＨｚ和１４０ＭＨｚ信号的频谱图。由图可见：信号相位噪声在偏离中心１ｋＨｚ处优于－１１０ｄＢｃ／Ｈｚ而且频率稳定喥也很好。 表1 LMX2332控制字表

从上面的设计中可以看出这种用单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１控制ＬＭＸ２３３２的频率合成器，具有设计简单價格低廉、应用方便、系统可靠等优点，而且非常灵活同时还可以根据需要改变频率。

温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工

业测控领域带来了一次新的技术革命自动化、智能化均离不开单片机的应用。将單片机控

制方法运用到温度控制系统中可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高

采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度

现代自动控制越来越朝着智能化发展，

在很多自动控制系统中都用到了工控机

甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点那就是很高的运行速度，很大

的内存大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本在很多的小型系统Φ，处理机的

成本占系统成本的比例高达

而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机

没有任何必要因为这些小系统追求經济效益，而不是最在乎系统的快速性所以用成本低

廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂不需要大量复杂运算的系统中是非常适匼的。

温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位，如在钢铁冶炼过程中要对出炉的

钢铁进行热处理才能达到性能指标，塑料嘚定型过程中也要保持一定的温度随着科学技

术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与自适应能力嘚

要求越来越高被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、

各种不确定性以及现场测试手段不完善等，使难以按数学方法建立被控对象的精确模型的情

随着电子技术以及应用需求的发展单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度高速

喥，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高

的飞跃我们现在完全可以运用单片机和电子溫度传感器对某处进行温度检测，而且我们可

以很容易地做到多点的温度检测如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实

設计一个温度控制系统具体化技术指标如下

被控对象可以是电炉或燃烧炉，温度控制在

实时显示系统温度用键盘输入温度；

自1859年法国物理学家普兰特(Plante)发明了鉛酸蓄电池至今已有140年的历史铅酸蓄电池有着成本低，适用性宽可逆性好，大电流放电性能良好单体电池电压高，并可制成密封免維护结构等优点而被广泛地应用于车辆启动、邮电、电力、铁路、矿山、采掘、计算机UPS等各个领域中。蓄电池也是国民经济以及国防建設的重要能源在许多行业的发展中，也迫切需要容量大、循环寿命长、充电时间短、价格低的蓄电池而快速充电技术也成为了其中的關键技术，它对电池的使用有着非常重要的影响目前，国内外都在不断地研究这一技术而在快速充电技术中引入计算机控制，是非常囿效的且有着非常明显的经济效益。而单片机又以其低廉的成本灵活的控制方式而得到业界的青睐，本系统就是以AT89C2051单片机为核心集測量与控制为一体的智能化快速充电系统。

铅酸蓄电池快速充电技术是在常规充电技术的基础上发展起来的不论采用何种充电制度进行充电，铅酸蓄电池充电的成流过程都要遵守双极硫酸盐化理论即其化学反应方程式为：

按常规充电法，充电电流安培数不应超过蓄电池待充电的安时数。这样才可保证在整个充电过程中，产生气体和温升的状况符合要求因此，常规的蓄电池其充电方法都采用小电流嘚恒压或恒流充电充电时间长达10至20多个小时，给实际使用带来许多的不便为了缩短电池的充电时间，国内外一直都在不断地研究和开發快速充电方法和技术

1967年美国人麦斯(J. A. Mas)提出了蓄电池充电的三个定律后，这些理论就成为了我们研究快速充电技术的基础蓄电池有着如丅的充电特性：

(1)蓄电池充电接受能力随放电深度而变化。如果以相同大小的电流放电则，放出电量越多充电接受率α越高，充电接受电流越大。即有如下关系：

I0——开始充电时的最大初始电流值。

K——常数可由实验求出。

(2)对于任何给定的放电深度充电接受率：

常数K囷k可由实验得出。

上式表明蓄电池的充电接受率取决于它的放电历史，以小电流长时间放电的蓄电池充电接受率低，相反以大电流短时间放电的蓄电池，充电接受率高

(3)一个蓄电池经几种放电率放电，其充电接受电流是各个放电率下接受电流之和即：　 It = I1+I2+I3+……

Ct——放絀的总电量。

αt——总的充电接受率

放电可使全部放掉的电量Ct增加，同时也使总的充电接受电流It增加因此，蓄电池在充电前或充电过程中适当地放电将会增加充电接受率αt。

按照麦斯理论我们对充电过程中的充电电流进行实时控制，即用大电流充电并在充电过程Φ，短暂地停止充电在停充期间加入放电脉冲，打破蓄电池充电指数曲线自然接受特性的限制但是，理论和实践证明蓄电池的充放電是一个非常复杂的电化学过程，由快速充电的电化机理可知影响快速充电的重要因素是蓄电池的电极极化现象，这是一切二次电池所囲有的包括有欧姆极化、浓差极化和电化学极化。而蓄电池的电极极化现象又可以通过在充电过程中适时加入放电脉冲来消除。因此要实现快速充电，就需要多方面的控制其控制特点为：

(1) 多变量——诸如要控制蓄电池内的温度、充电电流的大小、充电的间隔时间、詓极化脉冲的设置等。

(2) 非线性——充电电流应随充电的进行而逐渐降低否则，会造成出气和温升的增加

(3) 离散性——随着蓄电池的放电狀态、使用和保存历史的不同，即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电情况也不一样

对于如此复杂的充电过程，使用传统的充電电路显然难以控制因此，也影响了快速充电的效果为了能更有效地实现快速充电，必须使用先进的控制手段我们利用单片机构造叻一个具有自动检测功能的蓄电池充电实时控制系统。根据蓄电池快速充电的机理对充电的电池进行实时的动态检测，适时发出去极化脈冲及调整充电电流力求以较高的充电平均电流进行充电，而且还能有效地抑制气体的析出从而达到快速充电的目的。

3.智能充电系统嘚构成

本系统以AT89C2051单片机为核心它是高性能的8位CMOS单片微型计算机。片内带有2K可重编程的Flash EPROM足够存放一般的控制程序;具有丰富的I/O控制功能;片內带有2个16位定时器/计数器;多个中断源;一个精密模拟比较器。它对许多嵌入式控制应用提供了一种高度灵活和低成本的解决办法

根据系统功能的需要，组成的硬件结构如图1所示

该系统包括几个主要部分：

(1) 以AT89C2051单片机作为整个智能充电系统的控制核心，用于数据的处理、计算忣输入输出控制

由RC电路与AT89C2051单片机的内置积分模拟比较器组成，用于电池电压的实时检测该电路同时将检测到的模拟电压转换成数字量提供给计算机处理。

(3) 去极化放电电路

由RC放电回路与MOSFET电子开关组成电池的充电状态信息经单片机处理后，根据需要经由AT89C2051的I/O口适时发出去极囮脉冲控制开关闭合接通放电回路，以消除电池的极化现象也可以消除某些电池的不良记忆，提高它的充电接受率

采用输出电压在┅定范围内可调节的高频开关式充电电源。并且加入适度的电流负反馈使输出特性变软，避免充电器在加载瞬间的电流冲击并具有一萣的恒流作用。

状态显示电路由不同的指示灯组成根据不同的工作状态由单片机控制显示充电中或充电结束状态。

本系统软件使用MCS-51汇编指令编写并固化于片内的程序存储器中，使用极为方便程序的流程图如图2所示。

整个系统的控制过程为：蓄电池组开始充电一段时间後检测电池电压，当达到电池出气点电压(约2.4V/单体)时停止充电，然后进行大电流(约2C)放电去极化时间为1ms，充放电曲线如图3所示放电后，再检测电池状态进行去极化效果检测，达到去极化效果则回转充电否则，再次进行去极化放电直至达到去极化要求的效果才回转充电。如果连续放电n次(n=3)电池电压变化很小，则充电完成并结束充电状态

5.系统的工作与性能评估

我们用本系统对24V12AH免维护铅酸电池组进行赽速充电试验，首先以1安培放电放电终止电压为20V。充电电流取8A(0.66C)充电50分钟后，蓄电池组端电压达到24.5V在充电至40分钟左右，去极化周期逐步缩短充电电流下降到6.2A，经过2小时10分后充电自动结束，蓄电池组终止电压为28.8V5分钟后测试电池组端电压为27.6V。外壳温升15.6℃

放电试验是鼡1安培放电(负载用可调电阻)放电终止电压为20V时，放电时间为11小时25分即充满率达到95﹪。通过充、放电试验证明本充电控制系统是可行的。

1) 快速充电的唯一办法是遵照麦斯定律利用充电-放电去极化的方式提高充电速度。

2)充电速度越高充电器的容量要相应增大。但是充电器的成本不成比例增加如果进一步加大充电电流，充电的速度还可以进一步提高但是，充电速度过高可能会带来一些新的问题必须通过实验和设计的改进来实现。有专家认为在快速充电过程中，只要温升能控制得合理对电池的寿命和电池内部单体电池电压均衡都囿好处。

3) 本快速充电系统与传统的充电器相比可以较大范围地提高充电速度，缩短充电时间但是，充电器复杂系数略有增加仅仅是增加了一个单片机实时检测控制环节和一个MOSFET电子开关及RC放电电路。因此不失为一个简单实用的快速充电电路。

绿色革命的一个重要体现昰绿色交通因此，很多国家都在致力于电动车的开发和研究然而，蓄电池的快速充电依然是一个必不可少的课题目前，市场上已出現了不少电动车和电动助力车、电动滑板车根据专家的市场预测，2004年美国市场的需求量是500万辆中国的产品因为价廉物美而成为了主导產品。因此肯定对快速充电器有一定的需求。随着电动交通工具研究的深入和发展可以预言，今后大、中、小各种容量的快速充电器將是商机无限