單片機(jī)超頻之PLL鎖相環(huán)設(shè)置

MCU的支撐電路一般需要外部時鐘來給MCU提供時鐘信號，而外部時鐘的頻率可能偏低，為了使系統(tǒng)更加快速穩(wěn)定運行，需要提升系統(tǒng)所需要的時鐘頻率。這就得用到鎖相環(huán)了。例如MCU用的外部晶振是16M的無源晶振，則可以通過鎖相環(huán)PLL把系統(tǒng)時鐘倍頻到24M，從而給系統(tǒng)提供更高的時鐘信號，提高程序的運行速度。 51單片機(jī)，AVR單片機(jī)內(nèi)部沒有鎖相環(huán)電路，其系統(tǒng)時鐘直接由外部晶振提供。而XS128內(nèi)部集成了鎖相環(huán)電路，其系統(tǒng)時鐘既可由外部晶振直接提供，也可以通過鎖相環(huán)倍頻后提供，當(dāng)然，還有由XS128內(nèi)部的時鐘電路來提供（當(dāng)其它來源提供的系統(tǒng)時鐘不穩(wěn)定時，內(nèi)部時鐘電路就起作用了，也就是自時鐘模式）。
鎖相環(huán)作為一個提供系統(tǒng)時鐘的模塊，是一個基本的模塊，幾乎每次編程序都得用到。下面記一下怎樣配置鎖相環(huán)來設(shè)定想要的系統(tǒng)時鐘。
鎖相環(huán)PLL、自時鐘模式和前面說的實時中斷RTI、看門狗COP都屬于系統(tǒng)時鐘與復(fù)位CRG中的模塊，固前面用到的寄存器，這里有些會再用到。
在程序中配置鎖相環(huán)的步驟如下：
第一、禁止總中斷；
第二、寄存器CLKSEL的第七位置0，即CLKSEL_PLLSEL=0。選擇時鐘源為外部晶振OSCCLK，在PLL程序執(zhí)行前，內(nèi)部總線頻率為OSCCLK/2。
CLKSEL_PLLSEL=0時，系統(tǒng)時鐘由外部晶振直接提供，系統(tǒng)內(nèi)部總線頻率=OSCCLK/2（OSCCLK為外部晶振頻率）。CLKSEL_PLLSEL=1時，系統(tǒng)時鐘由鎖相環(huán)提供，此時系統(tǒng)內(nèi)部總線頻率=PLLCLK/2 （PLLCLK為鎖相環(huán)倍頻后的頻率）。
第三、禁止鎖相環(huán)PLL，即PLLCTL_PLLON=0。
當(dāng)PLLCTL_PLLON=0時，關(guān)閉PLL電路。當(dāng)PLLCTL_PLLON=1時，打開PLL電路。
第四、根據(jù)想要的時鐘頻率設(shè)置SYNR和REFDV兩個寄存器。
SYNR和REFDV兩個寄存器專用于鎖相環(huán)時鐘PLLCLK的頻率計算，計算公式是：
PLLCLK=2*OSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1)
其中，PLLCLK為PLL模塊輸出的時鐘頻率；OSCCLK為晶振頻率；SYNR、REFDV分別為寄存器SYNR、REFDV中的值。這兩個寄存器只有在PLLSEL=0時才能夠?qū)懭耄ㄟ@里就是第二步的設(shè)置原因所在了）。
第五、打開PLL，即PLLCTL_PLLON=1。
第六、CRGFLG_LOCK位，確定PLL是否穩(wěn)定。
當(dāng)鎖相環(huán)PLL電路輸出的頻率達(dá)到目標(biāo)頻率的足夠小的誤差范圍內(nèi)時，LOCK位置1，此時說明PLLCLK已經(jīng)穩(wěn)定，可以作為系統(tǒng)的時鐘了。該位在正常情況下為只讀位。
第七、PLLCLK穩(wěn)定后，允許鎖相環(huán)時鐘源PLLCLK為系統(tǒng)提供時鐘，即CLKSEL_PLLSEL=1。
到這里，鎖相環(huán)的設(shè)置就完畢了。
如果想更靈活地配置系統(tǒng)時鐘，就還得用到下面的寄存器了，下面逐一說說：
1、CRGFLG_LOCKIF 鎖相環(huán)的中斷標(biāo)志位。當(dāng)系統(tǒng)時鐘因為穩(wěn)定或不穩(wěn)定而導(dǎo)致LOCK位（上面已提到）變化時，該位置1。此時，如果CRGINT_LOCKIE=1，則產(chǎn)生中斷。CRGINT_LOCKIE=1時，則允許產(chǎn)生鎖相環(huán)鎖定中斷。CRGINT_LOCKIE=0時，則不允許。
2、CLKSEL_PLLWAI是等待模式PLL停止位。當(dāng)CLKSEL_PLLWAI=1時，系統(tǒng)進(jìn)入等待模式時，鎖相環(huán)PLL停止工作。當(dāng)CLKSEL_PLLWAI=0時，系統(tǒng)進(jìn)入等待模式時，鎖相環(huán)PLL仍然工作。
下面順便說一下與自時鐘模式相關(guān)的幾個寄存器：
CRGFLG_SCMIF 自時鐘模式中斷標(biāo)志位。當(dāng)SCM位變化時，該位置1。此時，如果CRGINT_SCMIE=1，則產(chǎn)生中斷。
CRGFLG_SCM 自時鐘模式狀態(tài)位。當(dāng)晶振頻率不穩(wěn)定時，該位置1，系統(tǒng)會進(jìn)入自時鐘模式，系統(tǒng)的時鐘將由自時鐘模式下的時鐘提供。
CRGINT_SCMIE 自時鐘模式中斷的使能位。當(dāng)CRGINT_SCMIE=1時，允許產(chǎn)生自時鐘模式中斷。當(dāng)CRGINT_SCMIE=0時，不能產(chǎn)生自時鐘模式中斷。
PLLCTL_SCME 自時鐘模式使能位。在自時鐘模式下，該位不能被清0。PLLCTL_SCME=1時，晶振時鐘失靈系統(tǒng)將強(qiáng)制進(jìn)入自時鐘模式。當(dāng)PLLCTL_SCME=0時，晶振失靈將導(dǎo)致時鐘監(jiān)控器復(fù)位。
下面附一條鎖相環(huán)的初始化程序;
void MCUInit()
{
DISABLE_INTERRUPTS; //(1)禁止總中斷
CLKSEL &= 0x7f; //(2)CLKSEL的第7位置0，選擇系統(tǒng)時鐘源為OSCCLK
PLLCTL &= 0xbf; // (3)禁止PLL , PLLCTL.6(pllon)設(shè)為0;先關(guān)閉PLL
SYNR = 0x01; //(4)根據(jù)需要的時鐘頻率設(shè)置SYNR和REFDV寄存器
REFDV = 0x00;
PLLCTL |= (1<<6); //(5)打開PLL , PLLCTL.6(pllon)設(shè)為1;開PLL
while (( CRGFLG&0x08) == 0x00); //(6)通過判斷LOCK位，
//確定PLL是否穩(wěn)定
CLKSEL |= (1<<7); //(7)時鐘頻率穩(wěn)定后，允許鎖相環(huán)時鐘源作為系統(tǒng)時鐘源；
//本句執(zhí)行后:BusClock=PLLCLK/2
}