基于MCU的鎖相環(huán)鎖定時間測量系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為測量鎖相環(huán)鎖定時間，通過比較各鎖相環(huán)芯片的接口特點，設(shè)計通用的測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上位機、下位機軟件以及基于AT89C 51的控制電路，上位機和下位機使用串口通信。通用性和實時性是系統(tǒng)最大特點，在軟件和硬件的設(shè)計上保證系統(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)實時控制鎖相環(huán)且測量其鎖定時間。通過實際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測量鎖定時間，有效減少鎖相環(huán)設(shè)計與調(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。其中鎖定時間是環(huán)路的重要參數(shù)。商業(yè)的鎖相環(huán)設(shè)計軟件僅能在仿真層面上計算出鎖定時間的理論值，而本文所設(shè)計的鎖定時間測量系統(tǒng)包括軟件和硬件，可動態(tài)控制鎖相環(huán)并實時測量其鎖定時間。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鎖相環(huán)芯片中，可使用單片機對其進行編程控制。鎖相環(huán)芯片控制數(shù)據(jù)的傳輸大都采用串行方式，僅在一些細節(jié)上有所不同，這給設(shè)計通用的鎖相環(huán)鎖定時間測量系統(tǒng)帶來可能。

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

通常鎖相環(huán)芯片與單片機的編程接口電路如圖2(a)所示，CLOCK為芯片和單片機提供同步時鐘；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。以上幾個控制信號的時序如圖2(b)所示，將以上幾個引腳分別接入單片機的I／O口，并按照控制信號的時序向鎖相環(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，可配置成鎖定檢測輸出，即當(dāng)環(huán)路鎖定時該引腳便輸出高電平或低電平。所以環(huán)路鎖定時間測量原理為：將MUXOUT引腳連接到單片機的外部中斷引腳，當(dāng)單片機發(fā)送完數(shù)據(jù)后打開其內(nèi)部定時器，環(huán)路鎖定后MUXOUT引腳便會觸發(fā)單片機的外部中斷，在單片機的中斷程序中記錄下定時器的值便可準(zhǔn)確測量到環(huán)路的鎖定時間。
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以外還存在如下幾點差異：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，某些芯片要求數(shù)據(jù)逆序輸入，即輸入順序為1101；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點差異通過硬件電路解決，后2點通過上位機和下位機軟件解決。