工作頻率可動態(tài)調整的單片機系統(tǒng)設計

摘要：介紹一種采用可編程CMOS頻率合成器DS1077設計的單片機系統(tǒng)，使單片機能根據(jù)環(huán)境需要動態(tài)調整系統(tǒng)的工作頻率，既能滿足系統(tǒng)求的實時處理能力，又盡可能地降低系統(tǒng)的耗電量及引起的電磁干擾。同時還討論了系統(tǒng)改變工作頻率后對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行RS232串行通信。這種單片機系統(tǒng)的變頻設計提高了系統(tǒng)的適用范圍和兼容性，使系統(tǒng)設計更加靈活。

在單片機系統(tǒng)中，總希望單片機能夠工作于最大頻率，以提高系統(tǒng)的實時處理能力。但單片機系統(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單片機系統(tǒng)中，RS232串行通訊的使用往往決定了系統(tǒng)時鐘選用，這使得在設計單片機系統(tǒng)時的靈活性大大降低。在很多情況下，希望設計出一個工作頻率可根據(jù)任務的輕得實時改變，并且能夠在各種工作頻率下進行RS232串行通訊的單片機系統(tǒng)，它既能滿足單片機的實時處理要求，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，設計這種系統(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是一個具有兩種同步輸出的單片機固定頻率合成器。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行動態(tài)編程。DS1077的輸出頻率范圍寬（8kHz～133MHz），且在整個溫度和電壓變化范圍內輸出頻率偏差小于1%。DS1077既可作為由控制器編程的兩路同步頻率合成器使用，也可以當作固定頻率振蕩器使用。控制器可通過編程片上的兩個預標定器和一個除法器來調整兩路同步輸出頻率。工作模式和輸出頻率的設定值存儲于片上EEPROM中。每次上電時，存儲于EEPROM中的值自動彈出到各個寄存器中，使DS1077工作于以前設定的初始狀態(tài)。

引腳功能：

SCL：串行時鐘輸入線（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內部框圖如圖及工作原理

DS1077內部框圖如圖1所示。主要由內部主振蕩器、2個預定標器、1個可編程除法器和3個控制寄存器四大部分組成。主振蕩器產生的時鐘信號MCLK既可直接輸出到OUT0，也可以經過P0預定標器分頻后輸出OUT0。另外時鐘信號MCLK經過P1預定標器分頻后要么直接輸出到OUT1，要么再經可編程除法器N分頻后輸出到OUT1。

主時鐘信號MCLK經過P0預定標器進行1、2、4或8分頻后送入MUX選擇器。同時，主時鐘信號MCLK經過P1預定標器進行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進行2～1025之間的任一分頻后送到OUT1引腳。

通過對控制寄存器進行編程，可決定DS1077輸出頻率和工作模式。控制寄存器的值存于片內的EEPROM中，因此只有改變輸出頻率和工作模式時才需要對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個寄存器。MUX寄存器用于設置頻率合成器的工作模式，DIV寄存器用于設置工作頻率，BUS寄存器用于設置總線控制方式。它們的設置方式如下：

MUX寄存器（16位）：

-PDN1PDN0SEL0EN00M10M01M11M0DIV------

其中，標志位EN0、SEL0、PDN0和引腳CTRL0對輸出OUT0的工作模式進行設定，如表1所示。標志位PDN1和引腳CTRL1對輸出OUT1的工作模式進行設定，如表2所示。標志位DIV決定是否使用可編程除法器N。當DIV=1時，可編程除法器被忽略；如果DIV=0，可編程除法器正常工作。標志位0M1和0M0、1M1和1M0分別決定了預定標器P0和P1的分頻比，如表3所示。

表1 輸出OUT0的工作模式設定

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

其中，MCLK為內部振蕩器產生的主時鐘信號，MCLK/M為主時鐘信號經P0預定標器分頻后的時鐘信號。

表2 輸出OUT1的工作模式設定

PDN1

CTRL1功能

0OUT1輸出允許（CTR1=

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