鎖相環(huán)頻率合成器的單片機(jī)控制

現(xiàn)代頻率合成技術(shù)正朝著高性能、小型化的方向發(fā)展，頻率合成器是雷達(dá)、無線電臺(tái)等電子系統(tǒng)中關(guān)鍵的部件之一，為系統(tǒng)提供高精度的信號(hào)。傳統(tǒng)鎖相環(huán)路只能實(shí)現(xiàn)單一頻率的合成,為了實(shí)現(xiàn)大量離散頻率的輸出,就必須借助于單片機(jī)系統(tǒng)。將鎖相環(huán)路和單片機(jī)相結(jié)合的頻率合成技術(shù),在通信、導(dǎo)航和測(cè)量等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。本文介紹了利用大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率合成芯片LMX2315構(gòu)成的頻率合成器，該合成器在單片機(jī)AT89C51的控制下實(shí)現(xiàn)了輸出信號(hào)的自動(dòng)頻率合成。它可作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源使用,而且具有高精度、高可靠性等特點(diǎn),其輸出信號(hào)頻率從105～125MHz,步進(jìn)頻率為1KHz。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1、集成鎖相環(huán)頻率合成芯片LMX2315 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NationalSemiconductor)生產(chǎn)的LMX2315是一種高性能的集成鎖相環(huán)頻率合成器芯片，詳細(xì)資料見參考文獻(xiàn)[1]，它在一塊很小的芯片內(nèi)集成了鎖相式頻率合成器的多個(gè)重要部件，它主要包含了數(shù)字鑒相器、參考振蕩器、參考分頻器、程序分頻器、雙模前置分頻器以及電流開關(guān)電荷泵等電路。 LMX2315的CLK，DATA，LE三個(gè)管腳分別為時(shí)鐘端、數(shù)據(jù)端與使能端，這三個(gè)管腳需要與控制器件相連，接收由單片機(jī)傳過來的控制信號(hào)，以得到合成指定頻率所要求的分頻比，這三個(gè)控制信號(hào)的時(shí)序要求如圖2所示。DATA端的數(shù)據(jù)需要串行傳送。 LMX2315內(nèi)部含有一個(gè)19位的移位寄存器、14位的R計(jì)數(shù)器、1位鎖存器S和18位的N計(jì)數(shù)器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿輸入到19位的移位寄存器，先進(jìn)入最高位，最低位是控制位。當(dāng)LE端跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，移位寄存器中的數(shù)據(jù)輸入到適當(dāng)?shù)逆i存器中。如果控制位為高，數(shù)據(jù)就輸入R計(jì)數(shù)器（可編程參考分頻器）和S鎖存器（預(yù)分頻器模數(shù)選擇S=0時(shí)，雙模分頻器的分頻比為128/129；S=1時(shí)，雙模分頻器的分頻比為64/65），如果控制位為低，數(shù)據(jù)就輸入N計(jì)數(shù)器（可編程分頻器）。 N計(jì)數(shù)器由7位吞脈沖計(jì)數(shù)(N2)和11位可編程計(jì)數(shù)器(N1)組成。如果控制位為低，數(shù)據(jù)就從19位移位寄存器輸入到N2和N1中。分頻比D=128N1+N2。 2、控制系統(tǒng)的組成及工作原理 2.1硬件電路的組成 控制電路主要完成頻率合成器的頻率設(shè)置與顯示功能[2]。 單片機(jī)AT89C51從鍵盤接收所要求合成的頻率值，通過內(nèi)部燒寫的程序?qū)㈩l率值轉(zhuǎn)換為鎖相頻率合成芯片LMX2315中各個(gè)分頻器所需要的分頻比，然后串行傳送給LMX2315的數(shù)據(jù)端。同時(shí)將所要求合成的頻率值通過數(shù)碼管顯示。 鍵盤采用4×4行列式觸摸鍵盤； 顯示部分采用共陰極的7段數(shù)碼管； LED位碼通過芯片7406緩沖后傳送給數(shù)碼管。 各個(gè)元件的連接如圖3所示： P1.0端口作為串行數(shù)據(jù)輸出口，P1.1端口作為串行時(shí)鐘輸出口，P1.2端口作為使能控制端，分別與LMX2315的13、11、14三個(gè)端口相連接。利用軟件編程模擬串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)每個(gè)時(shí)鐘脈沖正跳變時(shí)，則將一位數(shù)據(jù)送入LMX2315片內(nèi)的移位寄存器，當(dāng)使能端為高電平時(shí)，將移位寄存器中的信息傳送至鎖存器。 P3.0～P3.3端口與鍵盤的行線相連，P0.0～P0.3端口與鍵盤的列線相連，接收從鍵盤傳送來的數(shù)據(jù)。若某時(shí)刻有鍵按下，單片機(jī)通過運(yùn)行程序可以找到該鍵的行和列所在的位置，并可以求出鍵值，即鍵值=行值+列值。確定了鍵值就可以判斷出按下的是哪一個(gè)鍵。 為了節(jié)省單片機(jī)的數(shù)據(jù)端口，節(jié)省硬件設(shè)備，顯示部分采用動(dòng)態(tài)顯示模式，通過軟件編程使六個(gè)數(shù)碼管輪流顯示。P0.0～P0.5端口作為數(shù)碼管的位碼驅(qū)動(dòng)，分別與六個(gè)數(shù)碼管的接地端相連。P2.0～P2.7端口作為數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)，與數(shù)碼管的八位段碼端相連，六個(gè)數(shù)碼管的八位段碼端分別連在一起。 2.2軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)原則是便于使用和控制[3]，實(shí)現(xiàn)直接鍵入目標(biāo)頻率值，通過軟件來控制頻率合成器的分頻比，并將合成的頻率值顯示出來。軟件由主程序、顯示子程序、鍵盤掃描子程序、數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序，計(jì)算分頻比子程序和串行數(shù)據(jù)傳送子程序組成。 主程序的功能是：系統(tǒng)初始化；接收按鍵并做初步處理；調(diào)用各個(gè)子程序。程序流程如圖4所示。 各子程序功能如下[4]： (1)鍵盤掃描子程序。P0端口作為輸出口，輸出掃描信號(hào)，P3口作為輸入口，把P3口值送累加器A，把A反相并屏蔽其高四位。主程序通過調(diào)用該子程序，可判斷是否有鍵按下，有則消抖并判斷鍵號(hào)，否則返回等待。 (2)顯示子程序。首先由代碼轉(zhuǎn)換程序?qū)⒂涉I盤輸入的數(shù)值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管上顯示的字符的相應(yīng)代碼。然后使數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式顯示，對(duì)所掃描的數(shù)碼管逐個(gè)輪流選通一定時(shí)間，并送以相應(yīng)顯示代碼。這樣既節(jié)省驅(qū)動(dòng)電路，又節(jié)省電流。 (3)數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序。由鍵盤輸入的數(shù)據(jù)按照BCD碼的方式存在寄存器R5R6R7中，將其取出先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，結(jié)果保存在R1R2R3中，R1為高位字節(jié)。 (4)計(jì)算分頻比子程序。因?yàn)榉诸l比D=128N1+N2，保存在R1R2R3中的二進(jìn)制數(shù)即為D，所以將其除以128，得到商即為N1，余數(shù)即為N2。此程序?yàn)?4位整數(shù)除以8位整數(shù)的子程序，將除數(shù)128保存在R4中，程序運(yùn)行完后，商保存在R2R3中，余數(shù)保存在R1中。 (5)串行數(shù)據(jù)傳送子程序。由于單片機(jī)中專用的串行通信口是按照每次8位數(shù)據(jù)傳送的，但此程序中需要傳送的是19位串行碼，所以不采用單片機(jī)中專用的串行通信口，而是通過編程利用軟件來模擬串行口進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳送。 關(guān)鍵程序如下： RLCA；需要傳送的數(shù)據(jù)保存在累加器A中 MOVP1.0，C；數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)線 SETBP1.1；產(chǎn)生同步時(shí)鐘 CLRP1.1 每向P1.0口傳送一位數(shù)據(jù)，就在P1.1口同步產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，來配合鎖相頻率合成芯片LMX2315接收數(shù)據(jù)的要求。利用循環(huán)程序控制次數(shù)，就可以將保存在R2R3中的商和保存在R1中的余數(shù)傳送給LMX2315。傳送完畢后再利用程序產(chǎn)生一上升沿給LMX2315的使能輸入端。 3、結(jié)語 本文用單片機(jī)控制集成鎖相環(huán)頻率合成電路，構(gòu)成了多頻點(diǎn)頻率合成器，使集成鎖相環(huán)頻率合成電路的功能得到了充分發(fā)揮。以這種方式設(shè)計(jì)的頻率合成器操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定。 參考文獻(xiàn) [1]LMX2315/LMX2320/LMX2325PLLatinumTMFrequencySynthesizerforRFPersonalCommuncations.NationalSemiconductor.September,1996. [2]何立民.MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1990. [3]孫增友,李建岐.一種單片機(jī)控制下的鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì)[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào),1999. [4]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1991. [5]莊卉,黃蘇華,袁國(guó)春.鎖相與頻率合成技術(shù)[M].氣象出版社,1996.