除了常見的那幾種石英晶體和振蕩器類型,還有許多種不同功能和特性的晶振,例如大多數(shù)人都沒聽說(shuō)過的固態(tài)CMOS振蕩器,具有生成和控制系統(tǒng)時(shí)鐘的作用.在處理器控制的系統(tǒng)中,功耗與處理器的時(shí)鐘速度成正比.如果處理器上的計(jì)算負(fù)荷很小,那么大部分功率都會(huì)被浪費(fèi)掉.將處理器速度調(diào)制到盡可能慢的頻率,同時(shí)保持執(zhí)行手頭任務(wù)的最小計(jì)算能力可以減少這種浪費(fèi).本應(yīng)用筆記描述了使用通過PC主機(jī)控制的DS1077來(lái)控制8051型微處理器的時(shí)鐘速度.

DS1077是一款固態(tài)CMOS石英晶體振蕩器,能夠產(chǎn)生8KHz至133.33MHz的頻率.它可以用作固定頻率的獨(dú)立振蕩器,也可以用作處理器控制的頻率發(fā)生器.通過使用兩個(gè)片上可編程預(yù)分頻器和分頻器,兩個(gè)同步振蕩器輸出的頻率可通過主頻率的子倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié).頻率和模式設(shè)置可“在運(yùn)行中”進(jìn)行配置,并使用2線串行接口存儲(chǔ)在EEPROM中,該接口可在單個(gè)2線總線上尋址多達(dá)8個(gè)DS1077.兩個(gè)數(shù)字控制輸入CTRL0和CTRL1也能夠控制頻率或模式.另外還有DS1077L,它是DS1077的3V版本,能夠產(chǎn)生4.87kHz至66.66MHz的頻率.

本應(yīng)用筆記將展示使用DS1077的幾個(gè)示例.它將展示如何使用DS1077代替晶振為8051微控制器和MicrochipPIC微控制器提供時(shí)鐘.本應(yīng)用筆記還將介紹如何在單個(gè)2線總線上使用多個(gè)DS1077.最后,包含示例8051固件,以顯示如何實(shí)現(xiàn)2線主機(jī),以及與總線上的每個(gè)DS1077通信的低層通信例程.

系統(tǒng)總覽

圖1中的參考原理圖顯示了兩個(gè)彼此獨(dú)立的系統(tǒng).兩個(gè)系統(tǒng)均以DS1077生成的頻率運(yùn)行.在這個(gè)例子中,雖然每個(gè)系統(tǒng)彼此獨(dú)立,但它們都由一個(gè)普通的2線主控制器控制.這種2線制主機(jī)可以是需要控制其子系統(tǒng)的大型系統(tǒng)的一部分.主設(shè)備可以決定降低當(dāng)前不需要的子系統(tǒng)的工作頻率,以便節(jié)省功率,在某些情況下減少熱量,或者甚至可以減少EMI輻射.使用DS1077有時(shí)可以避免在整個(gè)大型系統(tǒng)中運(yùn)行高頻時(shí)鐘,例如通過背板.分配相對(duì)低頻的2線總線更容易,更安全.同樣,人們還可以設(shè)想使用DS1077來(lái)降低系統(tǒng)工作頻率而不是微控制器(許多微處理器可以降低其速度甚至進(jìn)入低電流睡眠模式),因?yàn)?/span>DS1077可以降低整個(gè)系統(tǒng)的頻率,而不是只是微觀.

所有這些都表明,使用DS1077的應(yīng)用程序可能很大且很復(fù)雜,但是為了本應(yīng)用筆記的目的,示例原理圖已經(jīng)大大簡(jiǎn)化,并且旨在提出幾點(diǎn).它在公共總線上顯示多個(gè)DS1077,并且還顯示DS1077可以直接驅(qū)動(dòng)一些流行的微控制器.使用DS1077的應(yīng)用程序可能很龐大且復(fù)雜,但出于本應(yīng)用筆記的目的,示例原理圖已經(jīng)大大簡(jiǎn)化,并且旨在提出幾點(diǎn).它在公共總線上顯示多個(gè)DS1077,并且還顯示DS1077可以直接驅(qū)動(dòng)一些流行的微控制器.使用DS1077的應(yīng)用程序可能很龐大且復(fù)雜,但出于本應(yīng)用筆記的目的,示例原理圖已經(jīng)大大簡(jiǎn)化,并且旨在提出幾點(diǎn).它在公共總線上顯示多個(gè)DS1077,并且還顯示DS1077可以直接驅(qū)動(dòng)一些流行的微控制器.

使用DS1077作為系統(tǒng)時(shí)鐘

在參考原理圖中,U1(DS1077Z-125)用于為U3(8051微控制器)生成時(shí)鐘.用于開發(fā)附錄A中的固件的特定8051是DS87C520.DS87C520的工作頻率最高可達(dá)33MHz.由于U1是DS1077的125MHz版本,OUT0只能產(chǎn)生125MHz,62.5MHz,31.025MHz和15.625MHz.如果我們的應(yīng)用只需要全速和半速(使用66MHz版本的DS1077),那就沒問題,但是對(duì)于固件的開發(fā)再次需要將微控制器一直運(yùn)行到kHz范圍.OUT0沒有分頻器,只有預(yù)分頻器除以1,2,4或8.另一方面,OUT1除了預(yù)分頻器之外還有一個(gè)分頻器,可以進(jìn)一步將頻率除以2到1025.因此,選擇OUT1為8051提供時(shí)鐘.然后OUT0仍可用于為系統(tǒng)的其他組件提供時(shí)鐘.為簡(jiǎn)單起見,未使用CTRL0和CTRL1并將其連接到GND.

圖1.參考原理圖.

參考原理圖中所示的第二個(gè)系統(tǒng)顯示了U2,一個(gè)DS1077,用于為U4的OSC1引腳提供時(shí)鐘,一個(gè)PIC單片機(jī).同樣,DS1077用于代替固定頻率的晶體.本例中使用的PIC最高可以工作20MHz,因此與8051示例一樣,OUT1用于利用2-1025分頻器,僅由OUT1提供.OUT0可以由系統(tǒng)的其他組件使用.但是,如果未使用任何一個(gè)輸出,因此未連接,則使用相應(yīng)的CTRL引腳禁用未使用的輸出是明智的.這將導(dǎo)致電源電流顯著降低,并降低不必要的EMI輻射的可能性.雖然與8051系統(tǒng)一樣,但為簡(jiǎn)單起見,CTRL0和CTRL1并未使用并且與地面相連.

像往常一樣,重要的是提供足夠的去耦.同樣,去耦電容C1和C2具有良好的高頻性能并且物理上盡可能靠近每個(gè)DS1077使用短PCB走線非常重要.

在水晶上使用DS1077的優(yōu)點(diǎn)

DS1077可能比晶振更受歡迎有幾個(gè)重要原因.首先,可以更改DS1077頻率.實(shí)際上,它可以即時(shí)更改,甚至可以禁用.其次,DS1077提供雙通道,同步,可單獨(dú)控制的輸出.此外,DS1077在以其諧波頻率之一(對(duì)于30MHz以上的晶體)操作晶體時(shí),無(wú)需使用凌亂的儲(chǔ)能電路.最后,DS1077比晶體更不易受振動(dòng)影響.

控制DS1077

DS1077可用于固定頻率應(yīng)用以及變頻應(yīng)用.在固定頻率應(yīng)用中,不需要2線主機(jī),CTRL輸入是可選的.但對(duì)于需要控制頻率或模式的應(yīng)用,必須使用CTRL輸入和/或2線制主控,具體取決于所需的靈活性.

CTRL0和CTRL1輸入

如果應(yīng)用需要能夠指示DS1077進(jìn)入省電模式以節(jié)省能量,或者應(yīng)用要關(guān)閉(三態(tài))石英振蕩器輸出,則必須使用CTRL0和CTRL1.雖然沒有特定的2線命令可以進(jìn)入掉電模式或禁用輸出,但是有一些技巧可以在固件中完成以達(dá)到相同的效果.例如,當(dāng)CTRL輸入處于已知狀態(tài)時(shí),可以設(shè)置或清除MUX寄存器中的相應(yīng)位以打開和關(guān)閉所需的功能.

2線接口

當(dāng)應(yīng)用程序需要生成除除1,2,4或8之外的其他頻率時(shí),則需要2線接口.與現(xiàn)有的2線總線連接非常簡(jiǎn)單.只需連接SDA和SCL(和GND).確保總線包含總線上拉電阻.這些是參考原理圖中的R1和R2.雖然示例中使用了4.7kΩ電阻,但根據(jù)總線電容,總線上的器件數(shù)量和所需的通信速度,可能需要調(diào)整這些電阻.但是,4.7kΩ適用于大多數(shù)應(yīng)用.如果沒有現(xiàn)有的總線,則可以使用micro創(chuàng)建一個(gè)總線.附錄A給出了8051微控制器的固件示例.此外,如果應(yīng)用程序中根本不使用2線接口,請(qǐng)確保SDA和SCL與明確定義的邏輯電平相關(guān)聯(lián),而不是懸空.

DS1077控制2-WIRE主站

人們可能想知道為什么在有兩個(gè)精密微控制器能夠生成與DS1077通信所需的2線協(xié)議時(shí),在示例應(yīng)用中使用了額外的2線主控器.雖然可以做到,但這是危險(xiǎn)的,必須格外小心.首先,當(dāng)微控制器的頻率發(fā)生變化時(shí),2線程例程的定時(shí)也會(huì)發(fā)生變化.此外,與8051示例和PIC示例一樣,除了最大頻率之外,一些微處理器可能具有最小工作頻率規(guī)格.最后,禁用輸出是不可能的,因?yàn)槲⒉辉偈菚r(shí)鐘,因此,不再能夠發(fā)出重新啟用貼片振蕩器的命令.但如果必須這樣做,檢查所用微控制器的數(shù)據(jù)表是非常重要的.