基于MCU的鎖相環(huán)鎖定時(shí)間測量系統設計

摘要：為測量鎖相環(huán)鎖定時(shí)間，通過(guò)比較各鎖相環(huán)芯片的接口特點(diǎn)，設計通用的測量系統。該系統包括上位機、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(shí)時(shí)性是系統最大特點(diǎn)，在軟件和硬件的設計上保證系統能兼容大多數常用鎖相環(huán)芯片；并能根據用戶(hù)輸入的控制參數實(shí)時(shí)控制鎖相環(huán)且測量其鎖定時(shí)間。通過(guò)實(shí)際應用證明，該系統能準確測量鎖定時(shí)間，有效減少鎖相環(huán)設計與調試過(guò)程中的工作量與復雜度。
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(lèi)通信和控制系統有著(zhù)重要應用。其中鎖定時(shí)間是環(huán)路的重要參數。商業(yè)的鎖相環(huán)設計軟件僅能在仿真層面上計算出鎖定時(shí)間的理論值，而本文所設計的鎖定時(shí)間測量系統包括軟件和硬件，可動(dòng)態(tài)控制鎖相環(huán)并實(shí)時(shí)測量其鎖定時(shí)間。典型的鎖相環(huán)系統包括分頻器、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，可使用單片機對其進(jìn)行編程控制。鎖相環(huán)芯片控制數據的傳輸大都采用串行方式，僅在一些細節上有所不同，這給設計通用的鎖相環(huán)鎖定時(shí)間測量系統帶來(lái)可能。

1 系統原理
測量系統結構如圖1所示。上位機通過(guò)串口和單片機通信。上位機負責讀取用戶(hù)輸入的控制參數并傳遞給單片機，單片機負責將控制參數寫(xiě)入鎖相環(huán)并測量鎖定時(shí)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(shí)鐘；DATA是芯片控制數據的串行輸入引腳；LE是芯片數據寄存器控制引腳，可通過(guò)LE的上升沿觸發(fā)將存儲在芯片移位寄存器中的DATA串行數據送入芯片內各部件；CE為使能引腳。以上幾個(gè)控制信號的時(shí)序如圖2(b)所示，將以上幾個(gè)引腳分別接入單片機的I／O口，并按照控制信號的時(shí)序向鎖相環(huán)芯片寫(xiě)控制數據，便可控制鎖相環(huán)芯片。

MUXOUT是芯片的復用引腳，可配置成鎖定檢測輸出，即當環(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)間測量原理為：將MUXOUT引腳連接到單片機的外部中斷引腳，當單片機發(fā)送完數據后打開(kāi)其內部定時(shí)器，環(huán)路鎖定后MUXOUT引腳便會(huì )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(shí)器的值便可準確測量到環(huán)路的鎖定時(shí)間。
通過(guò)比較發(fā)現，各類(lèi)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，例如當控制數據為1011時(shí)，某些芯片要求數據逆序輸入，即輸入順序為1101；DATA位數不同，不同芯片的控制數據不盡一致，因此數據位數也不一致。本文中前2點(diǎn)差異通過(guò)硬件電路解決，后2點(diǎn)通過(guò)上位機和下位機軟件解決。