工作頻率可動(dòng)態(tài)調(diào)整的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種采用可編程CMOS頻率合成器DS1077設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)，使單片機(jī)能根據(jù)環(huán)境需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整系統(tǒng)的工作頻率，既能滿足系統(tǒng)求的實(shí)時(shí)處理能力，又盡可能地降低系統(tǒng)的耗電量及引起的電磁干擾。同時(shí)還討論了系統(tǒng)改變工作頻率后對(duì)RS232串行通訊的影響以及解決辦法確保該系統(tǒng)在不的工作頻率下仍能正常進(jìn)行RS232串行通信。這種單片機(jī)系統(tǒng)的變頻設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的適用范圍和兼容性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活。

在單片機(jī)系統(tǒng)中，總希望單片機(jī)能夠工作于最大頻率，以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力。但單片機(jī)系統(tǒng)工作頻率越高，其耗電量及引起的電磁干擾也就越大，并且單片機(jī)工作頻率的選擇直接影響到RS232串行通訊。特別是在51單片機(jī)系統(tǒng)中，RS232串行通訊的使用往往決定了系統(tǒng)時(shí)鐘選用，這使得在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)的靈活性大大降低。在很多情況下，希望設(shè)計(jì)出一個(gè)工作頻率可根據(jù)任務(wù)的輕得實(shí)時(shí)改變，并且能夠在各種工作頻率下進(jìn)行RS232串行通訊的單片機(jī)系統(tǒng)，它既能滿足單片機(jī)的實(shí)時(shí)處理要求，又有利于降低系統(tǒng)的耗電量和電磁干擾。采用可編程CMOS頻率合成器DS1077后，設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)變得簡單了。

1 可編程CMOS頻率合成器DS1077

1.1 DS1077的引腳及其功能

DS1077是一個(gè)具有兩種同步輸出的單片機(jī)固定頻率合成器。它不需要外接任何元件即可工作，允許通過二線串行接口頻率合成器進(jìn)行動(dòng)態(tài)編程。DS1077的輸出頻率范圍寬（8kHz～133MHz），且在整個(gè)溫度和電壓變化范圍內(nèi)輸出頻率偏差小于1%。DS1077既可作為由控制器編程的兩路同步頻率合成器使用，也可以當(dāng)作固定頻率振蕩器使用�？刂破骺赏ㄟ^編程片上的兩個(gè)預(yù)標(biāo)定器和一個(gè)除法器來調(diào)整兩路同步輸出頻率。工作模式和輸出頻率的設(shè)定值存儲(chǔ)于片上EEPROM中。每次上電時(shí)，存儲(chǔ)于EEPROM中的值自動(dòng)彈出到各個(gè)寄存器中，使DS1077工作于以前設(shè)定的初始狀態(tài)。

引腳功能：

SCL：串行時(shí)鐘輸入線（用于編程）；

SDA：串行數(shù)據(jù)輸入、輸出線（用于編程）；

CTR1：控制OUT1輸出允許或芯片掉電模式的多功能引腳；

CRT0：控制OUT0輸出允許、芯片掉電模式或MUX選擇的多功能引腳；

OUT1：參考頻率輸出引腳；

OUT0：主振蕩頻率輸出引腳。

1.2 DS1077內(nèi)部框圖如圖及工作原理

DS1077內(nèi)部框圖如圖1所示。主要由內(nèi)部主振蕩器、2個(gè)預(yù)定標(biāo)器、1個(gè)可編程除法器和3個(gè)控制寄存器四大部分組成。主振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)MCLK既可直接輸出到OUT0，也可以經(jīng)過P0預(yù)定標(biāo)器分頻后輸出OUT0。另外時(shí)鐘信號(hào)MCLK經(jīng)過P1預(yù)定標(biāo)器分頻后要么直接輸出到OUT1，要么再經(jīng)可編程除法器N分頻后輸出到OUT1。

主時(shí)鐘信號(hào)MCLK經(jīng)過P0預(yù)定標(biāo)器進(jìn)行1、2、4或8分頻后送入MUX選擇器。同時(shí)，主時(shí)鐘信號(hào)MCLK經(jīng)過P1預(yù)定標(biāo)器進(jìn)行1、2、4或8分頻后既可直接輸出到OUT1引腳，又可輸出到可編程除法器N進(jìn)行2～1025之間的任一分頻后送到OUT1引腳。

通過對(duì)控制寄存器進(jìn)行編程，可決定DS1077輸出頻率和工作模式。控制寄存器的值存于片內(nèi)的EEPROM中，因此只有改變輸出頻率和工作模式時(shí)才需要對(duì)DS1077重新編程。

1.3 DS1077的控制寄存器

DS1077的控制包括MUX寄存器、DIV寄存器和BUS寄存器共3個(gè)寄存器。MUX寄存器用于設(shè)置頻率合成器的工作模式，DIV寄存器用于設(shè)置工作頻率，BUS寄存器用于設(shè)置總線控制方式。它們的設(shè)置方式如下：

MUX寄存器（16位）：

-PDN1PDN0SEL0EN00M10M01M11M0DIV------

其中，標(biāo)志位EN0、SEL0、PDN0和引腳CTRL0對(duì)輸出OUT0的工作模式進(jìn)行設(shè)定，如表1所示。標(biāo)志位PDN1和引腳CTRL1對(duì)輸出OUT1的工作模式進(jìn)行設(shè)定，如表2所示。標(biāo)志位DIV決定是否使用可編程除法器N。當(dāng)DIV=1時(shí)，可編程除法器被忽略；如果DIV=0，可編程除法器正常工作。標(biāo)志位0M1和0M0、1M1和1M0分別決定了預(yù)定標(biāo)器P0和P1的分頻比，如表3所示。

表1 輸出OUT0的工作模式設(shè)定

EN0SEL0PDN0CTR0功能000掉電控制（CTR0=1進(jìn)入掉電模式，CTR0=0時(shí)OUT0輸出高阻）010OUT0輸出選擇（CTR0=1時(shí)OUT0輸出MCLK/M，CTR0=輸出MCLK）100OUT0輸出允許（CTR0=1時(shí)OUT0輸出高阻，CTR0=0輸出MCLK）110OUT0輸出允許（CTR0=1時(shí)OUT0輸出高阻，CTR0=0輸出MCLK/M）X01掉電控制（CTR0=11進(jìn)入掉電模式，CTR0=0時(shí)輸出MCLK）X11掉電控制（CTR0=1進(jìn)入掉電模式，CTR0=0時(shí)OUT0輸出MCLK/M）

其中，MCLK為內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的主時(shí)鐘信號(hào)，MCLK/M為主時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)P0預(yù)定標(biāo)器分頻后的時(shí)鐘信號(hào)。

表2 輸出OUT1的工作模式設(shè)定

PDN1

CTRL1功能

0OUT1輸出允許（CTR1=

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