基于MCU的鎖相環(huán)鎖定時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為測(cè)量鎖相環(huán)鎖定時(shí)間，通過比較各鎖相環(huán)芯片的接口特點(diǎn)，設(shè)計(jì)通用的測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)軟件以及基于AT89C 51的控制電路，上位機(jī)和下位機(jī)使用串口通信。通用性和實(shí)時(shí)性是系統(tǒng)最大特點(diǎn)，在軟件和硬件的設(shè)計(jì)上保證系統(tǒng)能兼容大多數(shù)常用鎖相環(huán)芯片；并能根據(jù)用戶輸入的控制參數(shù)實(shí)時(shí)控制鎖相環(huán)且測(cè)量其鎖定時(shí)間。通過實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測(cè)量鎖定時(shí)間，有效減少鎖相環(huán)設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中的工作量與復(fù)雜度。
關(guān)鍵詞：AT89C51；鎖相環(huán)；鎖定時(shí)間；串口

鎖相環(huán)技術(shù)是一種頻率合成技術(shù)，在各類通信和控制系統(tǒng)有著重要應(yīng)用。其中鎖定時(shí)間是環(huán)路的重要參數(shù)。商業(yè)的鎖相環(huán)設(shè)計(jì)軟件僅能在仿真層面上計(jì)算出鎖定時(shí)間的理論值，而本文所設(shè)計(jì)的鎖定時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)包括軟件和硬件，可動(dòng)態(tài)控制鎖相環(huán)并實(shí)時(shí)測(cè)量其鎖定時(shí)間。典型的鎖相環(huán)系統(tǒng)包括分頻器、鑒相器、濾波器、壓控振蕩器。其中鑒相器和分頻器往往都集成在一個(gè)鎖相環(huán)芯片中，可使用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行編程控制。鎖相環(huán)芯片控制數(shù)據(jù)的傳輸大都采用串行方式，僅在一些細(xì)節(jié)上有所不同，這給設(shè)計(jì)通用的鎖相環(huán)鎖定時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)帶來可能。

1 系統(tǒng)原理
測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)通過串口和單片機(jī)通信。上位機(jī)負(fù)責(zé)讀取用戶輸入的控制參數(shù)并傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)負(fù)責(zé)將控制參數(shù)寫入鎖相環(huán)并測(cè)量鎖定時(shí)間，之后交由上位機(jī)顯示。

通常鎖相環(huán)芯片與單片機(jī)的編程接口電路如圖2(a)所示，CLOCK為芯片和單片機(jī)提供同步時(shí)鐘；DATA是芯片控制數(shù)據(jù)的串行輸入引腳；LE是芯片數(shù)據(jù)寄存器控制引腳，可通過LE的上升沿觸發(fā)將存儲(chǔ)在芯片移位寄存器中的DATA串行數(shù)據(jù)送入芯片內(nèi)各部件；CE為使能引腳。以上幾個(gè)控制信號(hào)的時(shí)序如圖2(b)所示，將以上幾個(gè)引腳分別接入單片機(jī)的I／O口，并按照控制信號(hào)的時(shí)序向鎖相環(huán)芯片寫控制數(shù)據(jù)，便可控制鎖相環(huán)芯片。

MUXOUT是芯片的復(fù)用引腳，可配置成鎖定檢測(cè)輸出，即當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)該引腳便輸出高電平或低電平。所以環(huán)路鎖定時(shí)間測(cè)量原理為：將MUXOUT引腳連接到單片機(jī)的外部中斷引腳，當(dāng)單片機(jī)發(fā)送完數(shù)據(jù)后打開其內(nèi)部定時(shí)器，環(huán)路鎖定后MUXOUT引腳便會(huì)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，在單片機(jī)的中斷程序中記錄下定時(shí)器的值便可準(zhǔn)確測(cè)量到環(huán)路的鎖定時(shí)間。
通過比較發(fā)現(xiàn)，各類型鎖相環(huán)芯片的編程接口除了上述共同點(diǎn)以外還存在如下幾點(diǎn)差異：輸入接口所要求的電平不同；MUXOUT的鎖定指示輸出不同，即不同芯片的MUXOUT有可能輸出高電平表示鎖定，也有可能輸出低電平表示鎖定；DATA輸入的順序不同，例如當(dāng)控制數(shù)據(jù)為1011時(shí)，某些芯片要求數(shù)據(jù)逆序輸入，即輸入順序?yàn)?101；DATA位數(shù)不同，不同芯片的控制數(shù)據(jù)不盡一致，因此數(shù)據(jù)位數(shù)也不一致。本文中前2點(diǎn)差異通過硬件電路解決，后2點(diǎn)通過上位機(jī)和下位機(jī)軟件解決。