电子标签销码器的毕业设计(2011)

电子标签销码器

学院：物理与机电工程学院专业：电子信息工程

学号：200402124 姓名：林强指导老师：刘生建

【摘要】电子标签在现代超市、图书馆、仓储等公共流通部门的防盗系统中应用越来越广泛. 电子标签及其销码本质为一种射频识别系统，其工作为非接触方式，有快捷、方便等优点. 本设计应用89C2051单片机、NE564模拟琐相环等芯片以及智能控制、频率合成、高频小信号检测等技术研制的电子标签系统，有较高的可靠性和实际应用价值.

【关键词】电子标签、射频识别、频率合成

摘要 (1)

1 引言 (3)

2 设计理论基础及方案 (3)

2.1射频识别的工作原理 (3)

2.2射频法设计思路 (4)

2.3射频法设计方案 (5)

2.4整体的框图设计 (5)

3 单元电路设计 (5)

3.1扫频电路的设计 (6)

3.2功率放大电路的设计 (7)

3.3发射天线的设计 (11)

3.4检测电路的设计 (12)

3.5单片机控制模块的设计 (13)

3.6报警电路的设计 (14)

4 软件设计 (15)

5 系统调试 (15)

5.1锁相环的主要参数与测试方法 (15)

5.2压控振荡器的控制特性曲线 (16)

5.3 NE564的压控扫频调试 (17)

6设计总结 (18)

参考文献 (19)

附录 (21)

射频识别（RFID）技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别[6]。

所涉及的关键技术大致包括：芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性。

设计一个电子标签销码器。要求能识别电子标签，能对电子标签去活化处理，电子标签谐振频率为8.2MHz±10%。

设计主要参数如下。

⑴扫频步进：12.8kHz。

⑵扫频频率：85Hz。

⑶最大工作距离：45cm。

⑷最大工作速度：30枚/秒。

⑸额定功率：P≤10W。

⑹输入电源：～220V±20%（50Hz）。

2 设计理论基础及方案

2.1 射频识别的工作原理

射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。应用中，电子标签附着在待识别物上，阅读器用于当附着电子标签的待识别物品通过其读出范围时，自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能[6]。

射频识别系统的基本模型如图2-1所示。

图2-1 射频识别系统的基本模型

其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

⑴电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。

依据的是电磁波的空间传播规律。

电感耦合方式一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有125kHz、225kHz 和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10cm~20cm。

电磁反向散射耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3m~10m。

2.2射频法设计思路

1比特（bit）是可以表示的最小信号单位，且仅需识别两种状态：“1”或“0”。对具有1比特应答器的系统来说，意味着只有两种可表示状态：“响应范围内有应答器”或者“响应范围内无应答器”。虽然功能简单，但1比特应答器的使用范围还是非常广泛的。他的主要应用领域是在商场里的电子防盗器（EAS）。

电子标签防盗器由以下几部分构成：一个“阅读器”或检测器的天线、安全保密设备或标签以及一种可选的在付款后使用标签的去活化器。对现代系统来说，商品的标签在起登录价码的同时就失效了。有一些系统还使用另一种活化器，用这种活化器可以将去活化后的标签重新活化成为可以再次使用的。所有系统的主要功能特性是：识别率或检测率与通道宽度（应答器和检波器天线之间的最大距离）有关。

在联邦德国工程师协会规范VDI4470的“货物安全系统规范”中，规定了对所安装的货物安全系统进行检查和测试的过程，该规范包含计算检测率的错误报警率的一些定义和测试过程。这个规范可以作为零售业中签订销售合同的基础，或用于对安装的系统在运行过程中的性能监视。对厂商来说，顾客检查规范为安全项目的综合解决方案的优化和发展提供了有效的评价基准[nach VDI4470]。

射频（RF）法是运用L-C振荡回路工作的。该振荡回路调到一个规定的谐振频率fH。早期的方案是用焊接在塑料壳（硬标签）中的电容和卷绕的漆包线电感。现代系统中采用在商品名牌薄膜的导体上蚀刻应答器线圈的方法。为了使阻尼电阻不因过大而使谐振回路的品质因数变差，在25μm厚的聚乙烯薄膜上的铝导体厚度必须小于50μm。

生产电容器片必须使用10μm厚的中间薄膜。如果人们将振荡回路移入到交变磁场附近，那么，能量便通过振荡回路的线圈感应出交变磁场能量（感应定律）。如果交变磁场的频率f G与振荡回路的谐振频率f H相吻合，振荡回路就激发了谐振振荡。此振荡过程从交变磁场取得能量。因而，振荡线圈上的振荡过程，可以根据交变磁场中振荡线圈的短时电压变化或电流变化得到。这种线圈电流的短时上升（或者线圈电压下降）被直观地称作降落（Dip）。

这种Dip的相对强度取决于两个线圈的距离，受激的振荡回路（在应答器里）的品质因数。尤其是取决于两个线圈接近的速度，就是说，应答器的振荡回路以怎样的速度接近振荡器的线圈，后者的磁场当距离增加是减弱。对防盗设备（电子防盗器）来说，通过设备的结构限定了两个线圈的最大距离。同样，使用的材料也决定了振荡回路的品质因数。

设计者不能对进入振荡器的磁场的进入速度V施加限制，只能考虑以无限小的速度接近振荡回路时所产生的一个无限小的Dip。

为了保证可靠地识别粘帖在产品上的1比特应答器振荡回路，需要获得一个尽可能明显的Dip。这是通过一个小技巧来实现的：使产生的磁场的频率不是恒定的，而是“扫频”的。振荡器频率不断扫过最大和最小频率之间的范围。8.2MHz±10%的频率范围供“扫频”系统使用。

如果扫频的振荡器频率正好命中了（在应答器里的震荡回路）谐振频率，则振荡回路就开始起振，并由此在振荡器线圈的电源电流中产生一个明显的Dip。对扫频系统来说，在应答器的谐振频率的位置上的Dip取决于扫频速度（频率变化速度），而不是应答器的运动速度，并可调整最佳的识别率。应答器的频率容许偏差受制造容许偏差或金属环境限制，但是，对识别的可靠性是没有影响的。

如果在付款处不揭下标签，就必须改变标签以防止启动电子防盗器。为了实现这一目的，收银员收款后将被保护的产品放到一个装置上，即去活化器。它产生一个足够强的磁场，其感生电压能破坏应答器的薄膜电容。电容器设有固定的短路点，即所谓的浅凹（Dimples）。

因为，电容器的击穿是不可逆转的，并严重地坏了振荡回路，以至于回路不再被扫描信号激活。

为了产生所需的交变磁场，应该使用大面积的框形与普通闸门在一起，在较大的百货商店可以看到这

着相当大的影响。例如金属（如罐头）影响标签的谐振频率和检波器线圈的耦合，从而降低了检出率。为了达到以上所说的闸门宽度和检出率，必须使用50×50mm的标签。

对系统生产者的一个很大挑战是：不仅有各种产品的材料性能问题，还有谐振频率问题（例如电缆卷）。如果它们的谐振频率正处于8.2MHz±10%的扫频范围内，那么比定引起错误报警。

2.3射频法设计方案

采用NE564的信号调频功能的扫频电路如图2-2所示。

图2-2 采用NE564的信号调频功能的扫频电路

高频模拟锁相环NE564的最高工作频率可达到50MHz，采用+5V单电源特性，特别适用于高速数字通信中FM调频信号及FSK移频键控信号的调制，解调，无需外接复杂的滤波器。利用NE564的调频功能，先让其工作在一固定频率，利用其调频特性进行频率的扫描。通过输入NE564的调制。

2.4整体的框图设计

根据设计方案，确定了整体的设计框图，它由扫描频率产生电路、功率放大电路、发射电路、检测电路、单片机控制模块、报警电路和稳压电源电路等7个模块构成，如图2-3所示。

图2-3 系统整体的设计框图

3单元电路设计

本系统的单元电路包括扫描电路、功率放大电路、发射电路、检测电路、单片机控制模块、报警电路和稳压电源电路。

3.1 扫频电路的设计

锁相环路PPL(Phase Lock Loop)是一个能够跟踪信号相位的闭环自动控制系统，它在无线电技术的许多领域得到了广泛应用。锁相技术的主要应用有调制、解调、频率合成、数字通讯的同步系统、FM立体声解码等。锁相环具有载波跟踪特性，可作为一个窄带跟踪滤波器，提取淹没在噪声中的信号，可作为高频稳定的振荡器，经分频提供一系列具有高稳频率的信号，还可以进行高精度的相位与频率测量等[3]。

通用单片集成锁相环路及多种专用集成锁相环路的出现，使锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能组件，为锁相技术在各个领域的广泛应用提供了条件。

现代电子技术中常常要求高精度和高稳定的频率，一般都用晶体振荡器来实现。但是，晶体振荡器的频率单一，且其频率只能在极小的范围内微调：LC振荡器改变频率方便，但频率的稳定度和准确度又不够高。目前很多通信设备都要求在一个宽的频率范围内提供大量稳定的频率点，这就需要采用频率合成技术。频率合成器用于将一个高精度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等，最终产生大量具有同样精确度和高稳定度的频率源。频率合成的方法很多，一般分为直接合成法和间接合成法。其中利用锁相环路的实现方法就是间接合成法。

所谓的频率合成技术，就是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加、减、乘、除的四则运算方法，产生同样稳定度和精度的大量离散频率的技术。频率合成器中的标准频率是由一个高稳定晶体振荡器产生的，这个高稳定晶体振荡器常称为频率标准。由于频率标准决定了整个合成器的频率稳定度，因此，应尽可能地提高频率标准的稳定度和精确度。

从频率合成技术的发展过程来看，频率合成的方法可以分为3种：直接合成法、锁相环路法（也称间接合成法）和直接数字合成法。相应地，频率合成器可分为3种：直接式频率合成器（DS）、锁相式频率合成器（PLL）和直接数字式合成器（DDS）。

频率合成器应用广泛，但在不同的使用场合，对它的要求则不完全相同。大体来说，有如下几项主要技术指标。

●频率范围。频率范围是指频率合成器输出最低频率和输出最高频率之间的变化范围。通常要求在

规定的频率范围内，在任何指定的频率点上，频率合成器都能工作，而且电性能都满足质量指标要求。

●频率间隔。频率合成器的输出频谱是不连续的。两个相邻频率之间的间隔称为频率间隔，有称为

分辨力，用ΔF表示。对于短波单边带通信来说，现在多取频率间隔为100Hz，有的甚至取为10Hz 或1Hz。对于超短波来说，频率间隔多取为50Hz或10kHz。

●频率转换时间。频率转换时间是指频率合成器由一个频率转换到另一个频率，并达到稳定工作时

所需要的时间。它与采用的频率合成方法有密切关系。对于直接式频率合成器，转换时间取决于信号通过窄带滤波器所需要的建立时间；对于锁相式频率合成器，则取决于环路进入锁定所需要的暂态时间，即环路的捕捉时间。

●频率准确度。频率准确度表示合成器输出频率偏离其标准值的程度。若设频率合成器实际输出频

率为f G，标准频率为f，则频率准确度定义为：

（

－

）

应指出，晶体振荡器在长期工作时，振荡频率会发生漂移，不同时刻的准确度则不同。因此，在描述频率准确度时，除应指出其大小和正负外，还需要给出时间，说明是何时的准确度。

●频率稳定度。频率稳定度是指在一定时间间隔内频率准确度的变化。对频率稳定度的描述应该引

入时间概念，有长期、短期和瞬间稳定度之分。长期稳定度是指年或月范围内频率准确度的变化。

短期稳定度是指日或小时内的频率准确度的变化。瞬时稳定度是指秒或毫秒内的随机频率准确度的变化，即频率的瞬间无规则变化。

●频谱纯度。频谱纯度是衡量频率合成器输出信号质量的一个重要指标。若用频谱分析仪观察频率

合成器的输出频频，就会发现在主信号两边出现了一些附加成分，除了有用频率外，其附近尚存在各种周期性干扰与随机干扰，以及有用信号的各次谐波成分。这里，周期性干扰多数来源于混

是由设备内部各种不规则的电扰动所产生的，并以相位噪声的形式分布与有用频谱的两侧。理想的频率合成器输出频谱应该是纯净的，即只有f0处的一条谱线。

本次设计的发射频率以8.2MHz为中心频率，左右频偏10%，且通过扫频方式（85Hz扫频），步进128 步来完成7.38MHz~9.02MHz的频率产生。

在设计当中通过利用调制解调中调频的原理，通过电压产生频率即V/F变换。在此采用NE564的调频电路（见图3-1和3-2），从放大器LM324输入（V i-o）步进电压从而产生所需要的步进频率输出（W A VE）。由单片机控制D/A产生输出步进电流，经过LM324将其转换成相应的电压，同基准电压相加输出V i-o。

图3-1 单片机控制D/A产生压控所用的电压电路

图3-2 压控使锁相环产生所需频率电路

3.2 功率放大电路的设计

利用宽带变压器耦合回路的功率放大器称为宽带功率放大器。常见宽带变压器有用高频磁芯绕制的高频变压器和传输线变压器。宽带功率放大器不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线形放大。但功率η较低，一般只有20%左右。它通常作为发射机的中间级，以提供较大的激励功率[2]。

图3-3为所设计的宽带功率放大器，用来放大频率信号。

现将设计宽带功率放大器的几个关键技术点描述如下。

1.静态工作点

图3-3 宽带功率放大器

图3-4 功放主要技术指标的测量电路

晶体管Q 1组成的宽带功率放大器工作在甲类状态。其中R B1、R B2为基极偏置电阻，R E1为直流负反

馈电阻，以稳定电路的静态工作点。R F 为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。电路的静态工作点由下列关系式确定：

CQ E1F EQ EQ R I R R I =V ≈+）（

式中，RF 一般为几欧姆至几十欧姆。

2. 高频变压器参数设计

图3-3中磁环耦合由高频变压器完成。变压器仍然是应用变压器原理，依靠磁心的公共磁通φ将初级

短波段。

由变压器原理可得，宽带功率放大器集电极的输出功率P C 为：

H C ηP

= P

式中P H 为输出负载上的实际功率；ηT 为变压器的传输功率，一般ηT = 0.75～0.85。

为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q 应选在交流负载线AB 的中点集电极的输出功率P C 的表达式为：

CM CM CM C R V 21

=I V 2

= P

式中R H 为集电极等效电阻；VCM 为集电极交流电压的振幅，其表达式为：

SES

E CQ CC CM V R I V V --=1

式中V SES 称为饱和压降，约1V 。I CM 为集电极交流电流的振幅，其表达式为： CQ

CM I I ≈

如果变压器的初级线圈匝数为N 1，次级线圈的匝数为N 2，则：

R R N N T

式中R H 为变压器次级接入的负载电阻，即下级功放的输入阻抗|Z i |。

3. 功率增益计算

与电压放大器不同的是，功放应有一定的功率增益，宽带功放要为下一级功放提供一定的激励功率，必须将前级输入的信号进行功率放大，功率增益为：

C P P / P = A

式中P i 为功放的输入功率，它与功放的输入电压V im 及输入电阻R i 的关系为：

i im P R V 2=

式中R i 又可表示为：

fe ie i R h h R )1(++≈

式中h ie 为共发射极接法晶体管的输入电阻，高频工作时，可认为它近似等于晶体管的基极电阻r bb ；

h fe 为晶体管共射电流放大系数，即β。

4. 高频变压器的绕制

高频变压器的磁芯应采用镍锌（NXO ）铁氧体，而不能用硅钢片贴芯，因硅钢片在高频工作时铁损耗过大。NXO-100环行铁氧体作高频变压器铁芯时，工作频率可达十几兆赫。其结构尺寸为外径×内径×高度，电感量L 由下式计算：

）

（H N A L μμ

π3

101

4-?=

式中μ为磁导率，单位H/m ；N 为线圈匝数；A 为磁芯截面积（单位cm 2);1为平均磁路长度（单位cm ）。

若选尺寸为φ10mm×φ6mm×5mm 的NXO-100铁氧体磁芯（μ=100H/m ），可求出A=10mm 2,1=10mm 。则电感L 、线圈匝数N 的值可由上面的电感量公式确定。

绕制高频变压器的漆包线一般选用线径为φ0.31mm 的漆包线。为减小线圈漏感与分布电容的影响，匝数应尽可能少，匝间距离应尽可能大。

5.放大器选择

在功率放大电路中广泛采用VMOS 器件，VMOS 器件较之晶体管有着无可比拟的优点：（1）VMOS 管为压控电流源，工作是不需要静态电流，故耗散功率大大降低。（2）VMOS 器件的工作电流可以做到很大，可达数十安。

（3）VMOS 器件没有二次击穿现象，工作的安全性大大提高。

（4）VMOS 器件的驱动电路异常简单，可由单片机，TTL 电路，CMOS 电路直接驱动，而且开关特性好，工作频率可达几百兆赫。

故本设计采用了VNOS 器件作为功放电路。

6.主要技术指标及实验测试方法

（1）输出功率

高频功放的输出功率是指放大器的负载R L 上得到的最大不失真功率。在图3-4所示电路中，由于负载RL 与丙类功放的谐振回路之间采用变压器耦合方式，实现阻抗匹配，则集电极回路的谐振阻抗R0上的功率等于负载RL 上的功率，所以将集电极的输出功率视为高频功放的输出功率，即：

0212

1R V R I I V P CM CM CM CM =

测量功放主要技术指标的电路见图3-4，其中高频信号发生器提供激励信号电压与谐振频率，示波器监测波形失真，由直流毫安表的指针来判断集电极回路是否谐振，即电压表的指示为最大值、毫安表的指示为最小值时集电极回路处于谐振（或用扫频仪测量）。

放大器的输出功率可以由下式计算：

R V P 2

式中V L 为高频电压表的测量值。（2）效率

功放的能量转换效率只要由集电极的效率所决定。所以常将集电极的效率视为高频功放的效率，用η表示，即：

C P P =

如图3-3所示的电路可以用来测量功放的效率。集电极回路谐振时，η的值由下式计算：

C L

C I I R V P P 02

式中V L 为高频电压表的测量值；I C0为直流毫安表的测量值。（3）功率增益

功放的输出功率P 0与输入功率P i 之比称为功率增益，用A P （单位dB ）表示。

3.3 发射电路的设计

1.天线在无线电工程中的作用

一切无线电通信、广播、雷达、导航等工程系统都是利用无线电波来进行工作的。而无线电波的发射和接收，则依靠天线来完成，天线是无线电波的出口与入口。发射机末级回路的高频电流经过馈线送到发射天线，发射天线的作用是将高频电流变换成电磁波，向规定的方向发射出去。反之，接收天线的作用是将来自一定方向的无线电波还原为高频电流。类似电机与电动机之间的关系：前者是在高频电流和电磁波之间变换，而后者是在机械能和电能之间变换。这种关系暗示着一种相互的可逆性，即从理论上说，发射天线可以当作接收天线使用，接收天线也可以当作发射天线使用。同样一副天线，无论是作为发射或接收，天线的基本特性参量保持不变[1]

。 2.天线的分类

为了适应各种不用用途的要求，设计了各种形式的天线。对于这些天线的分类，也有各种不同的方法。可以按工作性质分为接收天线与发射天线两大类。也可以按用途分为通信天线、广播天线、雷达天线等等。按波长来划分，即将各种形式的天线使用的波长归纳为长波天线、中波天线、短波天线。目前绝大多数都采用按天线原理来划分的方法，即把天线分为线天线与口径天线两大类。 3.天线的主要特性参量

天线的理论主要有辐射理论、阻抗理论与接收理论。辐射理论研究天线的电流分布、辐射强度、辐射效率等等。阻抗理论研究天线的输入阻抗，使馈电系统取得匹配。接收理论研究天线接收外来电磁波的能力，无线上感应的电压等等。根据这些理论就可以确定某一副天线用作发射或接收的特性。工程上采用一些特性参量来表征这些特性，它们是方向图、主瓣宽度、副瓣宽度、方向性系数、增益、输入阻抗、频带宽度、有效面积等等。

设计良好的天线可以使上述能量的变换达到最佳效果。对于发射天线来说，可以用最小的电能在规定的方向产生足够的电磁波强度，同时尽量减小它对其他方向产生不必要干扰；对于接收天线来说，可以从外来的电磁波获得尽可能大的功率，同时不会受到其他电台的干扰。例如：对于点对点之间的通信，如果

果不装置定向发射天线，或是设计的天线错误，则电磁波的辐射效率很低，虽然采用了很大功率的发射机，在接收点仍得不到足够的场强。所以天线的设计是否合理，对整个工程系统的质量有很大的影响，天线设计不好，甚至可以破坏整个系统的工作。

图3-5为所设计的发射电路。

图3-5 发射电路

3.4 检测电路的设计

前面提到：当标签谐振时，天线上会出现一个Dip点。而Dip点的频率也就是扫频频率（85Hz）。所以检测电路的任务就是在天线中的众多频率中检测出这一特殊频率，并且奖旗转换成单片机的外部中断电平。但在工程中，对于Dip点的检测并不容易实现，所以我们采用的方法是检测电子标签产生谐振时发射产生的二谐波[5]。

如将一个应答器放入具有能使其产生谐振（8.2MHz频率）的范围内，在应答器产生谐振时，它的特性曲线上产生的二次谐波方向发射，并被接收器检测到，用第二次谐波频率产生的信号能使报警设备启动。

如果对载波的振幅或频率进行调制，那么所有的谐波也都有着相同的调制。由此有用于区别“干扰”信号和“有用”信号，以防止由于外来信号造成的错误报警。

检测电路主要由接收天线、带通滤波电路、放大电路、电平转换电路组成，如图3-6和3-7所示。

接收天线用于接收高次谐波；带通滤波电路用来取出二次谐波分量；电瓶转换电路用来尽可能把交流分量转换为直流分量，用于产生一个外部中断送至单片机。

在系统检测时，单片机会产生一组控制信号控制HC4066的“SW0”和“SW1”接口来关断发射电路和打开检测电路。检测信号由F i0和F i1传递过来，通过IN4148限幅和OP37组成的二阶带通滤波器，输出带宽在14MHz～18MHz之间的二次谐波分量。谐振时反馈的检测信号相当微弱，且带通滤波后输出二次谐波，信号迁都更加微弱，信号的频谱范围广，在对信号进行放大时，进行常规放大比较困难，在此通过OP37输出信号加栽入由晶体管2N2218同电感、电容组成的多级双调谐谐振回路放大器中，将其放大，输出所需的谐波分量，再经过LM324组成的削波整形电路，输出直流电压，控制单片机产生检测中断。

图3-6 接收和带通滤波电路

图3-7 放大和电平转换电路3.5 单片机控制模块的设计

单片机是本次设计的核心控制模块，见图3-8。

图3-8 单片机控制模块

本次设计由于控制部分少，数据传输量不高，故采用89C2051，此系统主要起控制发射和检测作用。

在单片机系统内部采用定时器T0的定时中断来控制模拟开关HC4066（发射和检测的控制）和给ADC0832赋值，输出步进电压用以产生步进频率；一旦系统检测到报警物的存在，通过INT0给单片机以中断，单片机系统此时控制P3.0，打开功率管Q2，加大发射功率击穿标签，并打开P3.7，控制蜂鸣器进行报警[4][7]。

3.6 报警电路的设计

报警电路如图3-9所示。

图3-9 报警电路

极管，驱动蜂鸣器报警。

4 软件设计

单片机采用定时器T0、T1产生基准频率12.8kHz和不进控制180Hz的扫频频率，并且通过检测部分产生的中断控制发射频率。

主程序流程如图4-1所示。

图4-1 主程序流程图

程序见附录。

5 系统调试

系统调试内容包含：锁相环的主要参数测试、压控振荡器的控制特性曲线测试和NE564压控扫频调试。

5.1 锁相环的主要参数与测试方法

捕捉带是指所锁相环处于一定的固有振荡f v ，并当输入信号的频率f i 偏离f v 上限值f imax 或下限值f imin 时，环路还能进入锁定，则称f imax -f imin =Δf v 为捕捉带。

2.同步带Δf l

同步带是指从PLL 锁定开始，改变输入信号的频率f i （向高或向低两个方向变化），直到PPL 失锁（由锁定到失锁），这段频率范围称为同步带。捕捉带Δf v 与同步带Δf l 的测试量示意图如图5-1所示。

图5-1 捕捉带Δfv 与同步带Δfl 的测试量示意图

测试步骤如下。

（1）将开关S 置于0处，这时频率计应显示VCO 的固有频率f v 的值。

（2）将开关S 置于1处，设信号源的输出电压Vi=200mV ，选择合适的频率f i (f i > fv)值，观察VCO 的输出f v 是否变为f i ，如果f v =f i ，则说明环路进入锁定状态。在继续增高f i 直到环路刚刚失锁时为止，记下此时的频率f i1的值，如图4-2中的①所示。

（3）再减小f i 直到环路刚刚锁定为止，记下此时的频率f i2的值（f v =f i2），如图4-2中②所示。（4）继续减小f i 直到环路再一次刚刚失锁为止，记下此时的频率f i3的值，如图4-2中③所示。（5）在增高f i 直到环路刚刚进入锁定状态，记下此时的频率f i4的值，如图4-2中的④所示。由捕捉带Δf v 与同步带Δf i 的定义可得：捕捉带：

2i i v f f f -=?

同步带： 3

1i i l f

f f -=? 分析表明，捕捉带Δfv 与同步带Δfl 的表达式分别为：

()P

V l P V v K K f S F K K f =?=?

式中：K V 为压控振荡器的电压频率转换增益（控制灵敏度），其表达式为K V = f v ( t )V d ( t)。 K P 为相位比较器的相位电压转换增益，其表达式为K P = V e ( t ) / Δ θ。 F(S)为低通滤波器的传递函数，其表达式为F(S) =V d ( t ) / V e ( t )。

通常低通滤波器的|F(S)|≤1，故捕捉带Δf v 通常小于同步带Δfl ，即Δf v ≤Δf l 。

图5-2所示是指压控振荡器的瞬时振荡频率f V ( t )与控制电压V d ( t )的关系曲线。

图5-2 f V ( t ) — V d ( t )关系曲线

在一定范围内，f V ( t )与V d ( t )呈线性关系，可表示为：

()()

t d V v t d V K f V +=

式中的电压频率转换增益KV 就是特性曲线的斜率。当V d ( t )=0时，压控振荡器的固有频率为f v 。压控振荡器特性曲线的测量步骤如下。（1）将VCO 的输入、输出与环路断开。

（2）使直流控制电压V d =0，测量压控振荡器的固有振荡频率f v ，这时f v 的值由VCO 的外接定时电阻与电容决定。

（3）使V d 由零逐渐增大，直到线性区的临界值（注意更换VCO 的外接定时电阻与电容）为止，测量与VCO 对应的输出频率f v 。

（4）接入负直流控制电压V d 重复步骤（3）。

（5）根据纪录的实验数据，绘制VCO 的控制特性曲线，确定V d 与f v 的线性范围并求斜率。

5.3 NE564的压控扫频调试

如图5-3所示的NE564压控扫频调试电路。

图5-3 NE564压控扫频调试电路

改变V i-o 的大小，就可以改变输出频率的大小。R 8、C 23组成输入偏置电路滤波器，可滤除压控信号中的杂波，其值与中心频率f 0及杂波的幅度有关。R 10（包含电位器RP 3）对引脚2提供输入电流I 2，可控制环路增益和压控振荡器的锁定范围，R 10与I 2的关系表示：

103.1I V

V R CC -=

一般为几百微安。调整时，可先设I 2的初始值为100μA ，待环路锁定后再调节电位器RP 3是环路增益和压控振荡器的锁定范围达到最佳。R 11是压控振荡器输出端必须接的上拉电阻，一般为几千欧姆。压控振荡器的固有振动频率f v 与定时电容C 23的关系可表示为：

t f C 22001≈

RP 2用于调节环路增益并可细调压控振荡器的固有频率。

6 设计总结

经过这次毕业设计，我接触到更多平时没有接触过或使用较少的科学仪器设备、元器件以及获得相关的仪器调试经验，同时我也发现自己在这方面很多不足之处。体会到理论知识对实践有很大的指导作用，她让我知道，只有在正确的理论指引下，才能设计出合乎实际需要的硬件电路。

学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。偶尔还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。

毕业设计是对大学四年所学知识的一次运用和检阅，同时对自学能力提出很高的要求，所以平时的学习离开思考，就是严重的错误，我们学习不应该有偏科现象，各方面的知识都应该要接触，这样做才能为

最后，衷心地感谢我的毕业设计指导老师刘生建老师。在一个多月的毕业设计过程中，刘老师给了我很大的帮助和细心的指导。

参考文献

[1] 谢处方，邱文杰.天线原理与设计. 西安：西北电讯工程学院出版社，1985

[2]张肃文，陆兆熊.高频电子线路. 北京：高等教育出版社，1993-4

[3] 张厥盛，郑继禹，万心平.锁相技术. 西安：西安电子科技大学出版社，1994

[4]张毅刚. MCS-51单片机应用设计[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2002.

[5]谢自美. 电子线路设计·实验·测试[M]. 2版. 武汉: 华中科技大学出版社,2001.

[6]Klaus Finkenzeller.射频识别(RFID)技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2001

[7] 靳达. 单片机应用系统开发实例导航. 北京；人民邮电出版社，2003

The Disable Device Design for Electronic Label

Physics and electromechanical project academy electronic information project special field

Student: 200402123 Name: Lin Qiang instructor: Liu Shengjian

【Abstract】The electronic label is wildly applied in the anti-theft system for those public circulation departments such as modern supermarkets, libraries and warehouses. The electronic label, with its disable device is basically a kind of radio frequency identifying system which works in non-contact mode is popular for its speed and convenience. In the proposed design, we applied chips of 89S2051 microcontroller and NE564 PLL, along with technologies of intelligent control, frequency synthesis and feeble signal of high frequency detection to the invention of the electronic label system to ensure its high reliability and application value.