鉴于任务要求，设计一个观察锁定过程的电路，主要涉及到锁相环（PLL）电路和相关监控电路。下面是设计步骤和一个具体实现方案：

设计步骤

1. PLL电路设计：

   • 选择合适的PLL芯片，如ADF4351，作为频率合成器。
   • 配置外部元件，以实现所需的频率范围和步进。

2. 锁定指示电路：

   • 使用PLL芯片的锁定检测引脚（LOCK DETECT），输出锁定信号。
   • 设计LED指示灯电路来显示锁定状态。

3. 频率监控电路：

   • 使用频率计或MCU的定时器捕获功能，实时监测PLL输出的频率。

4. 控制与显示电路：

   • 利用MCU控制PLL的频率设置和步进。
   • 显示屏用于显示当前频率和锁定状态。

实现方案

1. PLL设置与锁定指示：

• PLL配置（ADF4351）：

#include <ADF4351.h>

ADF4351 PLL;

void setup() {
    PLL.initialize(10, 10000); // 配置起始频率10MHz到1000MHz
    pinMode(LOCK_DETECT_PIN, INPUT); // 锁定检测引脚
}

void loop() {
    PLL.setFrequency(100000000); // 设置频率为100MHz
    if (digitalRead(LOCK_DETECT_PIN) == HIGH) {
        // 锁定成功
        digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // 点亮LED
    } else {
        // 未锁定
        digitalWrite(LED_PIN, LOW); // 关闭LED
    }
    delay(1000);
}

• 锁定检测电路：

PLL_LOCK_DETECT_PIN -- LED -- 电阻 -- GND

2. 频率监控电路（使用频率计）：

• 频率计设计：

#define FREQUENCY_PIN 8 // 频率输入引脚

unsigned long countPulse() {
    unsigned long duration = 1000; // 1秒测量
    unsigned long pulses = 0;

    unsigned long startTime = millis();
    while (millis() - startTime < duration) {
        if (digitalRead(FREQUENCY_PIN) == HIGH) {
            pulses++;
            while (digitalRead(FREQUENCY_PIN) == HIGH); // 等待脉冲结束
        }
    }
    return pulses;
}

void setup() {
    pinMode(FREQUENCY_PIN, INPUT);
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    unsigned long frequency = countPulse();
    Serial.print("Frequency: ");
    Serial.print(frequency);
    Serial.println(" Hz");
    delay(1000);
}

3. 控制与显示电路（MCU控制）：

• 控制与显示：

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
    lcd.begin(16, 2);
    PLL.initialize(10, 10000); 
}

void loop() {
    int frequency = 100000000; // 设置频率为100MHz

    PLL.setFrequency(frequency); 

    if (digitalRead(LOCK_DETECT_PIN) == HIGH) {
        lcd.setCursor(0, 0);
        lcd.print("Locked");
    } else {
        lcd.setCursor(0, 0);
        lcd.print("Unlock");
    }

    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Freq: ");
    lcd.print(frequency);
    lcd.print(" Hz");
    delay(1000);
}

设计说明

1. 使用ADF4351作为锁相环频率合成器，实现从10MHz到1000MHz的频率输出。
2. 利用MCU控制频率设置和扫描步进，并通过I/O引脚读取PLL的锁定状态。
3. 实现锁定检测指示灯，通过PLL的LOCK DETECT引脚驱动LED，实现锁定状态的实时指示。
4. 使用频率计或定时器捕获频率信号，实现实时频率监控。
5. 最终通过LCD或其他显示器显示当前频率和锁定状态。

该设计方案可以有效观察PLL的锁定过程，实现对频率锁定状态的实时监控，并通过可视化的方式进行显示。

本题目考察的主要知识点：