软件锁相环的设计与仿真

LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题 目 基于Multisim 的锁相环解调系统仿真兰州理工大学毕业设计基于Multisim的锁相环解调系统仿真PLL Demodulation System Simulation Based on Multisim莫伟杰（MoWeijie）09250107摘要实现调频波解调的方法有很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频，具有工作稳定，失真小，信噪比高等优点，所以被广泛用在通信电路系统中。

锁相环其原理是通过鉴相检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。

该文首先介绍了锁相环技术发展的现状、方向以及背景，并对PLL的原理进行了阐述。

在以上的基础上，分别设计了2ASK、2PSK、2FSK的调制解调电路，其功能为数字基带信号经过调制输出一个模拟信号，然后用锁相环进行解调，最后采用Multisim软件进行仿真。

在对2ASK、2FSK、2PSK解调时，低通滤波器输出的波形失真比较大，不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。

在整个电路设计中，力求要做到电路简单，并完成任务书提到的要求。

关键词：调制；解调；Multisim；锁相环AbstrackThere are many ways to realize frequency wave demodulation, and PLL frequency which has the advantages of stable operation, small distortion, high signal-to-noise ratio and so on is achieved by using modern PLL frequency technology, so it is widely used in communication circuit system. Phase-locked loop through the difference of the phase detection of input signal and the output signal phase, and the detected phase difference signal into output voltage signal, the signal through a low pass filter. After the formation of the voltage control oscillator , the output signal of the oscillator frequency control.This paper first introduces the present situation, development direction, phase-locked loop technology as well as the background, and the principle of PLL is discussed. On the basis of the above, the modulation and demodulation circuit of 2ASK, 2PSK, 2FSK which function is a digital baseband signal is modulated by an analog signal and output were designed, and then useing the PLL demodulation, finally using Multisim software simulation. In the 2ASK, 2FSK, 2PSK demodulation, the output of the low pass filter waveform distortion is relatively large, but finally it can regenerate digital baseband pulse sampling decision circuit after shaping. In the circuit design, and strive to do a simple circuit, and complete the task book mentioned requirements.Keywords：modulate ；modulation ；PLL；Multisim目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究现状 (1)1.3 研究内容介绍 (2)第2章基本原理 (3)2.1 Multisim介绍 (3)2.2 锁相环基本原理 (5)2.2.1锁相环的基本组成 (5)2.2.2 锁相环的工作原理 (5)第3章调制解调电路设计 (8)3.1 2FSK调制解调电路设计 (8)3.1.1 2FSK调制电路设计原理 (8)3.1.2 2FSK调制单元电路的设计 (9)3.1.3 2FSK解调单元电路的设计 (12)3.1.4 2FSK解调电路的整体设计 (15)3.2 2PSK调制解调电路设计 (17)3.2.1 2PSK调制解调电路设计原理 (17)3.2.2 2PSK调制与解调电路的设计与仿真 (18)3.3 2ASK调制解调电路设计 (19)3.3.1 2ASK调制解调电路设计原理 (19)3.3.2 2ASK调制与解调电路的设计与仿真 (21)3.4 解调结果分析 (22)总结 (24)参考文献 (25)附录：(外文翻译) (27)致谢 (51)第1章绪论1.1 研究背景实现调频波解调的方法有很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频方法，具有工作稳定失真小，信噪比高等优点，所以被广泛用在通信电路系统中。

一种软件锁相环的实现方法实现锁相环的方法有很多种，其中一种常见的实现方式是软件锁相环。

下面将介绍软件锁相环的实现方法。

一、什么是锁相环？锁相环（phase-locked loop，简称PLL）是一种电子线路，可将输入信号的相位与本地晶振产生的参考信号的相位同步。

它主要用于时钟恢复、频率合成等应用中。

二、软件锁相环的实现方法软件锁相环是利用计算机程序实现的一种锁相环。

它的实现方法主要有以下几个步骤：1. 产生参考信号：在软件锁相环中，产生参考信号通常是由计算机内部的一个定时器或定时器/计数器实现的。

计算机使用定时器的时钟来产生一个周期性的信号，该信号作为参考信号。

2. 输入信号：软件锁相环的输入信号可以来自电路、传感器或其他外部设备。

输入信号的主要特征是具有与参考信号相同的频率（可能存在相位差）。

3. 比较器：比较器是软件锁相环中的一个关键模块。

其作用是将输入信号与参考信号进行相位比较，并将比较结果作为反馈信号输入到相位调整器中。

4. 相位调整器：相位调整器的作用是根据反馈信号对本地晶振（VCO）的控制电压进行相位调整，从而实现对输入信号的相位同步。

5. 输出信号：软件锁相环的输出信号与相位同步后的输入信号具有相同的频率和相位。

输出信号可以作为时钟、参考信号或其他应用的基本信号源。

三、软件锁相环的应用领域软件锁相环的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 时钟恢复：软件锁相环可实现对时钟信号的恢复和稳定，保证各种电子设备的正常工作。

2. 频率合成：软件锁相环可利用主参考信号和次参考信号的相位同步实现频率合成，用于生产频率稳定、低相噪的高精度信号源。

3. 信号解码：软件锁相环可实现对数字信号的解码和恢复，保证数据传输的稳定和可靠。

4. 其他应用：软件锁相环还可用于数字信号处理、信号重构等领域。

以上就是软件锁相环的实现方法以及应用领域的简单介绍。

虽然软件锁相环在实现过程中存在一些技术难点，但借助软件优势，它已成为锁相环实现的重要手段。

锁相环
1.svpwm调制
（1）、simulink搭建的结构图为
（2）、三相正弦波经过alpha-beta 坐标变换的x-y坐标图形为
（2）、以上结果经过svpwm调制模块后输出的适量顶点轨迹xy图形为
2
2、三相锁相环的设计
（1）、三相锁相环的原理为
三相锁相环的基本原理是基于坐标变换，采用静止坐标变换和同步坐标变换完成鉴相功能（将输入的三相电压经过坐标变换输出输入电压（相位给定）与输出信号的相位差），然后经过滤波器将高频信号过滤，经过pi调节器锁定到输入信号的频率，然后经过积分器对频率w进行积分得到电角度。

最后将输出反馈到输入端，构成闭环系统。

（2）、结构框图为
Pll局部结构图为
（3）、仿真结果与分析1 三相电源中含有谐波电源波形含有五次谐波
电源波形
仿真结果为
当三相电源不平衡时
仿真结果图为
电源波形为
仿真结果图为
对以上仿真结果的具体分析为
如果电源中含有直流分量，在进行abc到dq变换过程中直流分量会自动消失掉，故输出波形中不会含有直流分量
当电源中含有谐波时变换以后会是一个正弦量这个时候在系统
中添加一个滤波器将高频信号过滤掉即可。

其实锁相环最终的输出量为与输入量同相位的基波分量。

3 单相锁相环的设计
结构图为
pll具体结构图为
该仿真电源含有三相谐波。

1 绪论1.1 课题背景与研究意义在现代集成电路中，锁相环（Phase Locked Loop）是一种广泛应用于模拟、数字与数模混合电路系统中的非常重要的电路模块。

该模块用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。

或者说,对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说,相干的）。

其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步，用于完成两个信号相位同步的自动控制，即锁相。

它是一个闭环的自动控制系统，它将自动频率控制和自动相位控制技术融合，它使我们的世界的一部分有序化，它的输出信号能够自动跟踪输入信号的相位变化，也可以将之称为一个相位差自动跟踪系统，它能够自动跟踪两个信号的相位差，并且靠反馈控制来达到自动调节输出信号相位的目的。

其理论原理早在上世纪30年代无线电技术发展的初期就已出现，至今已逐步渗透到各个领域。

伴随着空间技术的出现，锁相技术大力发展起来，其应用范围已大大拓宽，覆盖了从通信、雷达、计算机到家用电器等各领域。

锁相环在通信和数字系统中可以作为时钟恢复电路应用；在电视和无线通信系统中可以用作频率合成器来选择不同的频道；此外，PLL还可应用于频率调制信号的解调。

总之，PLL已经成为许多电子系统的核心部分。

锁相环路种类繁多，大致可分类如下]1[。

1.按输入信号特点分类[1]恒定输入环路：用于稳频、频率合成等系统。

[2]随动输入环路:用于跟踪解调系统。

2.按环路构成特点分类[1]模拟锁相环路：环路部件全部采用模拟电路，其中鉴相器为模拟乘法器，该类型的锁相环也被称作线性锁相环。

[2]混合锁相环路：即由模拟和数字电路构成，鉴相器由数字电路构成，如异或门、JK触发器等，而其他模块由模拟电路构成。

[3]全数字锁相环路：即由纯数字电路构成，该类型的锁相环的模块完全由数字电路构成而且不包括任何无源器件，如电阻和电容。

[4]集成锁相环路：环路全部构成部件做在一片集成电路中。

锁相环设计与MATLAB仿真锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种电路设计技术，用于提取输入信号中的相位信息，并在输出信号中保持输入信号与输出信号的相位差稳定。

PLL广泛应用于通信系统、时钟生成器、频率合成器等领域。

锁相环主要由相位检测器（Phase Detector，PD）、环路滤波器（Loop Filter，LF）、振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）和分频器（Divider）组成。

相位检测器用于比较输入信号和VCO输出信号的相位差，并产生一个低频的误差信号。

传统的相位检测器包括异或门相位检测器（XOR PD）和倍频器相位检测器（Multiplier PD）。

异或门相位检测器适用于窄带相位差测量，倍频器相位检测器适用于宽带相位差测量。

MATLAB提供了用于建模和仿真PLL的工具箱，可以方便地进行相位检测器的设计和性能分析。

环路滤波器用于滤波相位误差信号，根据滤波器的设计方法不同，可以实现不同的环路特性。

传统的环路滤波器包括积分环路滤波器和比例积分环路滤波器。

积分环路滤波器对误差信号进行积分，使得环路系统具有很高的稳定性和抗干扰能力，但响应时间较长。

比例积分环路滤波器在积分环路滤波器的基础上引入比例增益，可以更快地响应相位误差的变化。

振荡器（VCO）根据环路滤波器输出的控制电压来生成输出信号，并提供给分频器进行频率除法操作。

振荡器通常采用压控振荡器（VCO）或电流模式逻辑（Current Mode Logic，CML）结构，可以根据应用需求选择合适的振荡器设计。

分频器用于将振荡器输出的高频信号按照设定的分频比例进行分频，生成与输入信号相位对齐的输出信号。

分频器采用计数器和锁存器设计，计数器用于记录输入信号的周期数，锁存器将计数器的值锁定在一个周期，输出给相位检测器进行相位比较。

锁相环的设计和仿真可以通过MATLAB工具箱进行。

首先，设计相位检测器的传输函数和特性，选择适当的相位检测器类型和设计参数。

- 135 -三相电压不平衡下的软件锁相环设计刘 焕1 滕锦芬1 李银玲2（1.华东交通大学电气与电子工程学院，江西 南昌 330013；2.长江三峡能事达电气股份有限公司，湖北 武汉 430070）【摘 要】网侧电压相位的准确获取是PWM 整流器功能实现的前提，文章采用软件锁相环技术解决电压不平衡条件下硬件锁相不准的问题。

讨论了dq 旋转坐标系下锁相环的工作原理，分析了电压不平衡时的相位关系，并设计了相应的软件锁相环。

设计的软件锁相环在matlab/simulink 仿真中得到了验证，对其它电力电子装置中的软件锁相环设计具有借鉴和指导作用。

【关键词】软件锁相环；电压不平衡；PWM 整流器 【中图分类号】TM461 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2011)05-0135-02风力发电、UPFC、HVDC、SSSC、STATCOM 以及变频调速系统中存在的共同结构就是三相PWM 整流器，它可以灵活地控制网侧功率因素的状态运行，具有现能量双向传输的功能。

三相PWM 整流器运行控制的前提是要准确地获取网侧电压相位，主要有硬件和软件两种锁相环技术。

硬件锁相环技术通过捕获某相电压过零比较器输出脉冲的方法实现锁相，该方法具有简单易实现的优点，但在网侧三相电网电压不平衡的情况下，就不能通过某一相的信息获取三相的相位信息，从而影响锁相的精度。

而软件锁相环可以通过对三相电压进行综合处理，从而获取准确的相位信息，其优点在于可以在线修改控制算法，而不必改动硬件电路，使得软件锁相环的应用越来越广泛。

本文围绕三相电压不平衡PWM 整流的锁相问题，说明了三相平衡下的锁相原理，通过分析三相电压不平衡时的相位关系，设计相应的软件锁相环，在MATLAB 下建立了软件锁相环的仿真模型，仿真结果验证了此软件锁相环的有效性和可行性。

（一）软件锁相环原理锁相环由鉴相器、滤波器和压控振荡器三部分组成，假设u i (t)，u o (t)为锁相环输入和输出电压信号。

基于DSP的软件锁相环的实现软件锁相环（Software-Defined Phase-Locked Loop，简称软件锁相环，简写为SDPLL）是一种基于数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）的锁相环控制算法。

它通过使用数字信号处理器来执行各种计算和调整，实现了锁相环的全部功能。

锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种闭环控制系统，用于将输入信号的频率和相位与参考信号保持同步。

传统的锁相环通常使用模拟电路来实现，而软件锁相环则通过数字信号处理器中的算法和计算来实现。

软件锁相环的实现步骤如下：1.采样输入信号：软件锁相环首先需要采样输入信号，通常使用高速模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

2.数字信号处理：采样得到的数字信号经过数字信号处理器进行各种运算和处理。

首先，对信号进行滤波，以去除不需要的频率成分。

然后，进行频率和相位的测量。

这可以通过计算信号的快速傅里叶变换（FFT）来实现。

另外，还可以使用相关函数或自相关函数来测量相位。

3.锁相环控制：基于测量得到的频率和相位信息，软件锁相环通过控制数字信号处理器内部的参数来调整输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。

控制算法通常包括PID控制等经典控制方法，以及其他更复杂的先进算法，如模糊逻辑控制、神经网络控制等。

4.输出信号生成：根据锁相环控制算法的计算结果，软件锁相环生成调整后的输出信号。

通常，使用数字信号处理器内部的数字频率合成器（NCO）来生成所需的频率和相位。

软件锁相环具有以下优点：1.灵活性：软件锁相环可以根据不同的需求进行定制，可以实现更复杂和灵活的控制算法，适应不同的应用场景。

2.可编程性：软件锁相环的算法和参数可以通过编程进行调整和改变，不需要修改硬件电路，提高了系统的可调性和可维护性。

3.数字精度：软件锁相环的计算和控制都是基于数字信号处理器进行的，具有很高的计算精度和稳定性。

基于FPGA的数字锁相环设计与仿真分析简要介绍了在FPGA中实现全数字锁相环(DPLL)的原理和方法,基于具体应用,提出了一种基于FPGA的锁相环模块化设计,通过分析和仿真验证,可以有效的改善锁定时间和抑制相位抖动。

标签：鉴相;滤波器;VHDL1 引言数字锁相环(DPLL)技术在数字通信、无线电电子学等众多领域得到了极为广泛的应用,和传统的模拟电路实现的PLL相比,DPLL具有精度高、环路带宽编程可调、易于构建高阶锁相环等显著优点,并且在数字系统中不需要A-D相互转换。

随着集成电路技术和片上系统的深入研究,数字锁相环必然应用更为广泛。

本文介绍了一种基于FPGA的数字锁相环设计,并对相关参数进行了仿真与分析。

2 数字锁相环的特点和原理2.1 触发型数字锁相环基本原理本文采用触发型数字锁相环如图1所示:由数字鉴相器、数字滤波器和数控振荡器组成。

其中数控滤波器的输入时钟频率为(由晶振电路产生),其值为14336kHz。

数控振荡器的输入频率为2。

通常M和N为2的整数幂。

时钟2 经除计数器得到。

图1 触发型全数字锁相环框图DPLL是一种相位反馈控制系统,它根据输入信号f1与本地恢复时钟f2之间的相位误差,信号送入数字环路滤波器DLF中对相位误差信号进行平滑滤波,并生成控制DCO动作的控制信号,DCO根据控制信号给出的指令,调节内部高速振荡器的振荡频率,通过连续不断的反馈调节,使其输出时钟f2的相位跟踪输入f1的相位。

如果把数字滤波器看成一个分频器,则分频比为Mf cK,输出频率为f′=K′ΔΦMf cK,数控振荡器的输出频率f2=f1+k′ΔΦMf cKN。

只要合理选择K值,就能使输出信号V2的相位较好地跟踪输入V1的相位,以达到锁定的目的。

如果K值选的太大,环路捕捉带就会变小,导致捕捉时间增大;如果K值太小,可能会出现频繁进位、借位脉冲,从而使相位出现抖动。

该全数字锁相环的f2输出信号的频率分别为64kHz,经过计算可确定锁相环的参数M、N。

三相锁相环及仿真Newly compiled on November 23, 20202三相电压软件锁相环仿真实现锁相环有很多种方法，目前在电力电子装置实际应用中常用的锁相环技术是过零比较方式，就是通过硬件电路检测电网电压的过零点来获得相位差的信号，然后用硬件或者软件实现锁相。

这种方案原理和结构都很简单，也易于工程上的实现。

但是一个工频周期内电网电压只能检测到两个过零点，这限制了锁相环的锁相速度；而且,当电网侧电压中有含有的谐波或这三相不平衡时，这种方法就不能准确的确定基波正序的过零点了，进而而影响了锁相的精度[38]。

为了避免过零点检测方法带来的问题，本文采用三相软件锁相环(SPLL)[39]方法。

电压合成矢量u s与d、q轴电压分量u sd、u sq的关系图如图所示，对于三相电网，电压合成矢量u s的幅值是不变的，则q轴电压分量u sq反映了d轴电压分量u sd与电网电压合成矢量u s的相位关系。

从图中可以看出，当u sq<0时，说明d轴超前u s，应该减小同步信号的频率；u sq>0时，说明d 轴滞后u s，此时应该增大同步信号频率；u sq＝0时，说明d轴与u s同相。

可见，可以通过控制电网电压q轴分量u sq＝0恒成立，使电网电压合成矢量u s定向于d轴电压分量u sd，实现两者同相位，因此可以得到一个对电压矢量u s进行锁相的方法。

采集得到的压三相对称正弦相电压的瞬时值可以表示为：a m1b m1c m1cos2cos()32cos()3u Uu Uu Uθθπθπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(2-36)式中，θ1=ω1t，为输入相位角，ω1为电网角频率；U m为电网电压幅值。

三相对称电压变换到两相静止坐标系α、β轴电压分量u sα、u sβ，两相静止αβ坐标系再经两相旋转坐标系变换后得到的d、q轴电压分量u sd、u sq可以表示为：sd m1sq m1cos()sin()u Uu Uθθθθ=-⎧⎪⎨=-⎪⎩(2-36) 式中，θ＝ωt，三相电压SPLL的输出相位角，ω输出角频率。

目录中文摘要 (3)英文摘要 (4)前言 (6)第一章绪论 (7)1．1 锁相环的发展及国内外研究现状 (7)1．2 本文的主要内容组织 (9)第二章锁相环的基本理论 (10)2.1锁相环的工作原理 (11)2.1.1鉴相器 (11)2.1.2 低通滤波器 (13)2.1.3 压控振荡器 (15)2.2锁相环的工作状态 (15)2.3锁相环的非线性工作性能分析 (17)2.3.1跟踪性能 (18)2.3.2捕获性能 (18)2.3.3失锁状态 (19)2.4锁相环的稳定性 (20)2.5信号流程图 (21)2.6锁相环的优良特性 (21)2.7锁相环的应用 (22)2.7.1锁相环在调制和解调中的应用 (22)2.7.2锁相环在频率合成器中的应用 (23)2.8本章小结 (23)第三章锁相环的噪声分析 (24)3.1锁相环的输入噪声 (24)3.2压控振荡器的噪声 (24)3.3相位噪声的抑制 (26)3.4本章小结 (27)第四章二阶锁相环仿真及结果 (28)4.1仿真介绍 (28)4.2程序代码 (28)4.3仿真结果 (34)4.4本章小结 (36)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)毕业设计小结 (41)摘要锁相环电路是使一个特殊系统跟踪另外一个系统，更确切的说是一种输出信号在频率和相位上能够与输入参考信号同步的电路，它是模拟及数模混合电路中的一个基本的而且是非常重要的模块。

由于锁相环具有捕获、跟踪和窄带滤波的作用，因此被应用在通信、微处理器、以及卫星等许多领域。

锁相环是通信电路里时钟电路的一个重要模块。

本文详细介绍了锁相环设计中所涉及的各项指标计。

论文首先对锁相环的发展历史和研究现状做了介绍，然后从其基本工作原理出发，以传统锁相环的结构为基础，得到了锁相环的数学模型，对锁相环的跟踪性能、捕获性能、稳定性以及噪声性能等各种性能进行了分析，对锁相环的各项指标参数进行了详细推导，得出了锁相环数学分析的结论。

高频电子线路实训报告锁相环路仿真设计专业学生姓名学号2015 年 6 月24日锁相环应用电路仿真锁相环是一种自动相位控制系统，广泛应用于通信、雷达、导航以及各种测量仪器中。

锁相环及其应用电路是“通信电子电路”课程教学中的重点容，但比较抽象，还涉及到新的概念和复杂的数学分析。

因此无论是教师授课还是学生理解都比较困难。

为此，我们将基于Multisim的锁相环应用仿真电路引入课堂教学和课后实验。

实践证明，这些仿真电路可以帮助学生对相关容的理解，并为进行系统设计工作打下良好的基础。

锁相环的应用电路很多，这里介绍锁相环调频、鉴频及锁相接收机的Multisim仿真电路。

1.锁相环的仿真模型首先在Multisim软件中构造锁相环的仿真模型(图1)。

基本的锁相环由鉴相器(PD)、环路滤波器(I P)和压控振荡器(VCO)三个部分组成。

图中，鉴相器由模拟乘法器A 实现，压控振荡器为V3，环路滤波器由R1、C1构成。

环路滤波器的输出通过R2、R3串联分压后加到压控振荡器的输入端，直流电源V2用来调整压控振荡器的中心频率。

仿真模型中，增加R2、R3及的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。

图1 锁相环的仿真模型2.锁相接收机的仿真电路直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频围又太窄。

采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。

其结构原理如图2所示。

图2 锁相环调频电路的原理框图实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外，也就是说，锁相环路只对慢变化的频率偏移有响应，使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上。

而随着输人调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。

图3 锁相环调频的仿真电路根据图2建立的仿真电路如图3所示。

图中，设置压控振荡器V1在控制电压为0时，输出频率为0；控制电压为5V时，输出频率为50kHz。

这样，实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz，为此设定直流电压V3为2.5V。

摘要锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。

它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。

根据虚拟无线电技术的特点和锁相环的基本原理,提出一种适于计算机软件化实现的锁相环数学模型,分析不同参数对锁相环捕获和跟踪性能的影响,得出不同情况下参数设定的基本准则。

计算机仿真结果表明,软件锁相环在加性高斯白噪声信道下具有较好的捕获与跟踪性能。

最后提出软件锁相环在测控系统中实现信号实时处理的优化方借助于MATLAB中的Simulink仿真软件，在Simulink中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。

先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。

在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。

关键词：锁相环，压控振荡器，锁定,MATLAB，Simulink，频率合成，仿真模块ABSTRACTPhase-locked loop is a closed loop frequency control system,which functioning is based on the phase sensitive detection of phase difference between the input and output signals of the controlled oscillator.It has been widely used in all aspects in radio field and ,has becomed a indispensable part in communication、radar、nevigation and electronic equipments.But with the disign complexity of phase-locked loop in works,there will meet a lot of datas and a long simulation time if simulating the PLL with SPICE ,what is worse, which need to simulate several times to extract the disign parameters,at that way,the disign term will be extended.With the help of flexibility and palpability of Matlab’s simulink,the behavioral model of DPLL is builded using the block in simulink based on the frequency systhesis.Through the DPLL applicating in frequency systhesis,the principle of phase-locked loop and the work process is simulated. According to the characteristics of the Virtual Radio technology and the basic theory of the Phase Look Loop ( PLL) ,this paper puts forward the mathematicalmodel of the PLL which is suitable for software realization by the computer. In this paper,the influences of the parameters to the cap ture performance and the tracking performance are analyzed, and the basic p rincip le of the parameter setting in different conditions is given. The results of the simulation p rove that the cap ture performance and the tracking performance of Software PLL in AdditiveWhite Gaussian Noise are good. At the last of the paper, the op timized method of the PLL signal realtime p rocessing in the Tracking, Telemetering and Control System is p resented.KEYWORDS: MATLAB, phase-lockedloop, V oltage-controlledoscillator ,locked,simulink, frequency systhesis, simulationmodel。

基于dq变换的三相软件锁相环设计一、概述在电力系统中，三相软件锁相环（PLL）扮演着至关重要的角色，它能够实现对电网电压、电流等信号的相位和频率的精确跟踪。

随着电力电子技术的不断发展，对三相软件锁相环的性能要求也越来越高。

基于dq变换的三相软件锁相环设计，以其独特的优势，在电力系统中得到了广泛的应用。

dq变换，也称为Park变换，是一种将三相静止坐标系下的电量转换为两相旋转坐标系下的电量的方法。

通过dq变换，我们可以将三相交流信号转化为直流信号，从而简化了信号处理的复杂度。

在三相软件锁相环中，dq变换的应用使得对电网信号的相位和频率跟踪更加准确和快速。

基于dq变换的三相软件锁相环设计，不仅具有高精度、高动态性能的特点，而且能够适应不同电网条件下的运行需求。

通过合理的参数设计和优化算法，可以进一步提高三相软件锁相环的性能，使其在电力系统中发挥更大的作用。

本文将对基于dq变换的三相软件锁相环设计进行详细介绍，包括其基本原理、实现方法、性能分析以及优化策略等方面。

通过本文的阐述，读者可以深入了解基于dq变换的三相软件锁相环的工作原理和实现过程，为其在电力系统中的应用提供有益的参考。

1. 介绍三相电力系统的重要性及其在电力系统中的应用三相电力系统作为现代电力工业的核心组成部分，其重要性不言而喻。

三相电以其独特的优势，如高效性、稳定性和经济效益，在电力系统中占据了举足轻重的地位。

三相电的高效性是其广泛应用的关键所在。

相较于单相电，三相电的功率输出更为稳定，能够有效降低电线损耗，从而提高电能的传输效率。

这种高效性使得三相电在大型电力设备和系统中得到了广泛的应用，如大型发电机组、高压输电线路以及大型工厂的供电系统等。

三相电的稳定性也是其受到青睐的重要原因。

三相电的电压波动相对较小，能够保持较为稳定的输出电压，这对于电力设备的正常运行至关重要。

在大型电气设备中，如电动机、变压器等，三相电的稳定输出能够确保设备的稳定运行，提高设备的使用寿命和运行效率。

基于VisSim的锁相环性能仿真摘要锁相环技术(PLL)是一门能够时相位不需要外界条件而自行控制刚兴起的技术。

锁相也叫相位锁定,我们也可称之为自动相位控制(APC),能使相位自行调整，能让两个信号相位同步。

上面的功能锁相环都能实现，同时其为进行负反馈的控制性系统。

由于锁相环具有捕获，跟踪和窄带滤波的作用；因此，被应用在通信、微处理器、以及卫星等许多领域。

在通信电路里，锁相环是一个重要部分，广泛应用于时钟系统设计中，包括相位同步等的。

本论文首先介绍锁相环历史发展和现在的研究进度，接着论文首先介绍了模拟锁相环，因为它是我们要进行后续研究的基石，于是它的工作原理就显得非常重要。

同时简单介绍了鉴相器、压控振荡器、环路滤波器工作原理等。

着重分析了锁相环的跟踪特性、捕获特性等各种特性。

我们进行了锁相环的数学模型的分析并且推导了环路方程，得到了需要的结论。

在分析和设计的过程中，同时本论文中主要通过对VisSi m/comm软件的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对锁相环原理知识的掌握对电路进行仿真。

后将学习总结出的相应理论与VisSim/comm中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数观察仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。

因VisSim/comm主要实现的就实通信系统的仿真，我们用其来实现锁相环性能的仿真，因此本论文主要介绍了用VisSim/comm来实现输入为复信号的锁相环的线性跟踪。

和调频信号的解调，BPSK的载波同步的仿真实现等等。

关键词：锁相环技术；VisSim软件；仿真；跟踪AbstractThe technology of phase locked loop (PLL) is a new technology for automatic phase contr ol. Phase locked is locking phase, we can also call it automatic phase control (APC), and the phase synchronization of two signals can be obtained by the method of phase automatic adju stment .The phase lock loop is the phase negative feedback control system for the task. Beca use of the capture, tracking and narrow band filtering, the phase lock loop is applied in many fields such as communication, microprocessor and satellite and so on. In the communication circuit, the PLL is an important part of the clock system designing, including the phase sync hronization and so on.Firstly this paper introduces the history of the PLL and the progress of the research. Then, the basic principle of PLL is introduced based on the structure of the traditional analog PLL. At the same time, the working principle of the phase detector, the voltage controlled oscillat or and the loop filter are simply introduced. The performance of the phase locked loop and th e performance of the PLL are analyzed. We analyze the mathematical model of the phase loc ked loop and deduce the loop equation, and get the conclusions. In the process of analysis an d design. At the same time in this paper mainly through the learning and use of software Vis Sim/comm,. To make the circuit simulation ,we use the PLL principle knowledge we learn w hen we are masters and make use of the rich templates and undergraduate. And then combini ng the theory summed up we learnt with the abundance modules of VisSim/comm to realize t he simulation system modeling, and adjust the parameters of the simulation waveform output observation, observation effect, the final conclusion of the design were summarized in this p aper. Because of VisSim/comm is mainly to achieve the real communication system simulati on, we used to realize the simulation of phase-locked loop performance, so this paper mainly introduces the VisSim/comm to realize input for a complex signal of the PLL linear tracking, input for income of complex signal and real signal tracking performance in comparison. An d demodulation of FM signal and BPSK carrier synchronization simulation and so on.Keywords: Phase Locked Loop technology;VisSim/comm software; simulation; tracke d目录第1章绪论 (1)1.1锁相环的历史发展 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3综述与分析 (3)第2章锁相环的介绍 (5)2.1锁相环的基本构成及琐相的概念 (5)2.2锁相环的数学模型 (6)2.3锁相环的特性 (11)2.3.1锁相环路的线性跟踪性能 (11)2.3.1.1 环路对典型输入相位的跟踪性能 (11)2.3.2锁相环路的稳定性 (14)2.3.3锁相环路的捕获特性 (15)2.4锁相环的应用 (16)2.4.1在调制与解调技术中的应用 (16)2.4.2在载波提取、跟踪与位同步技术中的应用 (16)2.4.3在测速与测距技术中的应用 (16)2.5本章小结 (17)第3章VisSim/Comm仿真 (17)3.1 VisSim/Comm的基本介绍 (17)3.2 VisSim/Comm的功能介绍 (18)3.2.1 如何使用VisSim (18)3.2.2 comm模块集 (19)3.3 本章小结 (28)第4章用VisSim/Comm对锁相环的仿真 (28)4.1对锁相环的性能的仿真 (28)4.2 锁相环应用的仿真 (31)4.2.1锁相环的鉴频 (31)4.2.2锁相环的BPSK载波跟踪 (35)4.3 本章小结 (37)结论 (37)参考文献基于visSim的锁相环性能仿真第1章绪论1.1 锁相环的历史发展自动相位制和控自动率频控制的融合叫做锁相环(PLL-Phase Locked L00P)。

摘要随着计算机技术的发展，系统仿真技术在电子工程领域的应用已越来越广泛。

SystemView的出现标志着仿真技术在通信领域的应用达到了一个新的水平。

锁相环路作为能自动跟踪信号相位的闭环自动控制系统已获得非常广泛的应用.将锁相技术应用应用于频率合成器的设计中，既可以满足频率合成器的高精度、高稳定度的性能要求；又可使频率合成器的体积缩小、成本降低；同时频道转换便捷，使之能方便的应用于移动通信领域.论文介绍了锁相环路的基本工作原理及特性，在分析了锁相频率合成器的组成原理后，提出了在SystemView环境下的锁相环路频率合成器的设计方案，并调试成功。

关键词：SystemView；锁相技术;频率合成器；仿真ABSTRACTSystem simulation skills are widely used in area of electronic engineering as the developing of computer technique。

Appearance of the software SystemView represents a new level of simulation skills in communication fields. The phase—lock loop (PLL) can not only satisfy the requirement of high frequency stability and high frequency precision, but also reduce the scale and cost of frequency synthesizer。

At the same time, the channel conversion can be realized conveniently，so the phase-lock frequency synthesizer can be used in the field of the mobile communication。

基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。

它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。

然而由于锁相环设计的复杂性，用SPICE对锁相环进行仿真，数据量大，仿真时间长，而且需进行多次仿真以提取设计参数，设计周期长。

本文借助于Matlab中Simulink仿真软件的灵活性、直观性，在Simulink 中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。

先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。

在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。

关键词：锁相环，压控振荡器，锁定，Simulink，频率合成，仿真模块1引言1932年法国的H.de Bellescize提出同步捡波的理论，首次公开发表了对锁相环路的描述。

到1947年，锁相环路第一次应用于电视接收机的水平和垂直扫描的同步。

到70年代，随着集成电路技术的发展，逐渐出现集成的环路部件、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，为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。

锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用，其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。

随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。

而Matlab强大的数据处理和图形显示功能以及简单易学的语言形式使Matlab在工程领域得到了非常广泛的应用，特别是在系统建模与仿真方面，Matlab已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。

利用MATLAB建模可以快速地对锁相环进行仿真进而缩短开发时间。