除了常见的那几种石英晶体和振荡器类型,还有许多种不同功能和特性的晶振,例如大多数人都没听说过的固态CMOS振荡器,具有生成和控制系统时钟的作用.在处理器控制的系统中,功耗与处理器的时钟速度成正比.如果处理器上的计算负荷很小,那么大部分功率都会被浪费掉.将处理器速度调制到尽可能慢的频率,同时保持执行手头任务的最小计算能力可以减少这种浪费.本应用笔记描述了使用通过PC主机控制的DS1077来控制8051型微处理器的时钟速度.

DS1077是一款固态CMOS石英晶体振荡器,能够产生8KHz至133.33MHz的频率.它可以用作固定频率的独立振荡器,也可以用作处理器控制的频率发生器.通过使用两个片上可编程预分频器和分频器,两个同步振荡器输出的频率可通过主频率的子倍数进行调节.频率和模式设置可“在运行中”进行配置,并使用2线串行接口存储在EEPROM中,该接口可在单个2线总线上寻址多达8个DS1077.两个数字控制输入CTRL0和CTRL1也能够控制频率或模式.另外还有DS1077L,它是DS1077的3V版本,能够产生4.87kHz至66.66MHz的频率.

本应用笔记将展示使用DS1077的几个示例.它将展示如何使用DS1077代替晶振为8051微控制器和MicrochipPIC微控制器提供时钟.本应用笔记还将介绍如何在单个2线总线上使用多个DS1077.最后,包含示例8051固件,以显示如何实现2线主机,以及与总线上的每个DS1077通信的低层通信例程.

系统总览

图1中的参考原理图显示了两个彼此独立的系统.两个系统均以DS1077生成的频率运行.在这个例子中,虽然每个系统彼此独立,但它们都由一个普通的2线主控制器控制.这种2线制主机可以是需要控制其子系统的大型系统的一部分.主设备可以决定降低当前不需要的子系统的工作频率,以便节省功率,在某些情况下减少热量,或者甚至可以减少EMI辐射.使用DS1077有时可以避免在整个大型系统中运行高频时钟,例如通过背板.分配相对低频的2线总线更容易,更安全.同样,人们还可以设想使用DS1077来降低系统工作频率而不是微控制器(许多微处理器可以降低其速度甚至进入低电流睡眠模式),因为DS1077可以降低整个系统的频率,而不是只是微观.

所有这些都表明,使用DS1077的应用程序可能很大且很复杂,但是为了本应用笔记的目的,示例原理图已经大大简化,并且旨在提出几点.它在公共总线上显示多个DS1077,并且还显示DS1077可以直接驱动一些流行的微控制器.使用DS1077的应用程序可能很庞大且复杂,但出于本应用笔记的目的,示例原理图已经大大简化,并且旨在提出几点.它在公共总线上显示多个DS1077,并且还显示DS1077可以直接驱动一些流行的微控制器.使用DS1077的应用程序可能很庞大且复杂,但出于本应用笔记的目的,示例原理图已经大大简化,并且旨在提出几点.它在公共总线上显示多个DS1077,并且还显示DS1077可以直接驱动一些流行的微控制器.

使用DS1077作为系统时钟

在参考原理图中,U1(DS1077Z-125)用于为U3(8051微控制器)生成时钟.用于开发附录A中的固件的特定8051是DS87C520.DS87C520的工作频率最高可达33MHz.由于U1是DS1077的125MHz版本,OUT0只能产生125MHz,62.5MHz,31.025MHz和15.625MHz.如果我们的应用只需要全速和半速(使用66MHz版本的DS1077),那就没问题,但是对于固件的开发再次需要将微控制器一直运行到kHz范围.OUT0没有分频器,只有预分频器除以1,2,4或8.另一方面,OUT1除了预分频器之外还有一个分频器,可以进一步将频率除以2到1025.因此,选择OUT1为8051提供时钟.然后OUT0仍可用于为系统的其他组件提供时钟.为简单起见,未使用CTRL0和CTRL1并将其连接到GND.

图1.参考原理图.

参考原理图中所示的第二个系统显示了U2,一个DS1077,用于为U4的OSC1引脚提供时钟,一个PIC单片机.同样,DS1077用于代替固定频率的晶体.本例中使用的PIC最高可以工作20MHz,因此与8051示例一样,OUT1用于利用2-1025分频器,仅由OUT1提供.OUT0可以由系统的其他组件使用.但是,如果未使用任何一个输出,因此未连接,则使用相应的CTRL引脚禁用未使用的输出是明智的.这将导致电源电流显着降低,并降低不必要的EMI辐射的可能性.虽然与8051系统一样,但为简单起见,CTRL0和CTRL1并未使用并且与地面相连.

像往常一样,重要的是提供足够的去耦.同样,去耦电容C1和C2具有良好的高频性能并且物理上尽可能靠近每个DS1077使用短PCB走线非常重要.

在水晶上使用DS1077的优点

DS1077可能比晶振更受欢迎有几个重要原因.首先,可以更改DS1077频率.实际上,它可以即时更改,甚至可以禁用.其次,DS1077提供双通道,同步,可单独控制的输出.此外,DS1077在以其谐波频率之一(对于30MHz以上的晶体)操作晶体时,无需使用凌乱的储能电路.最后,DS1077比晶体更不易受振动影响.

控制DS1077

DS1077可用于固定频率应用以及变频应用.在固定频率应用中,不需要2线主机,CTRL输入是可选的.但对于需要控制频率或模式的应用,必须使用CTRL输入和/或2线制主控,具体取决于所需的灵活性.

CTRL0和CTRL1输入

如果应用需要能够指示DS1077进入省电模式以节省能量,或者应用要关闭(三态)石英振荡器输出,则必须使用CTRL0和CTRL1.虽然没有特定的2线命令可以进入掉电模式或禁用输出,但是有一些技巧可以在固件中完成以达到相同的效果.例如,当CTRL输入处于已知状态时,可以设置或清除MUX寄存器中的相应位以打开和关闭所需的功能.

2线接口

当应用程序需要生成除除1,2,4或8之外的其他频率时,则需要2线接口.与现有的2线总线连接非常简单.只需连接SDA和SCL(和GND).确保总线包含总线上拉电阻.这些是参考原理图中的R1和R2.虽然示例中使用了4.7kΩ电阻,但根据总线电容,总线上的器件数量和所需的通信速度,可能需要调整这些电阻.但是,4.7kΩ适用于大多数应用.如果没有现有的总线,则可以使用micro创建一个总线.附录A给出了8051微控制器的固件示例.此外,如果应用程序中根本不使用2线接口,请确保SDA和SCL与明确定义的逻辑电平相关联,而不是悬空.

DS1077控制2-WIRE主站

人们可能想知道为什么在有两个精密微控制器能够生成与DS1077通信所需的2线协议时,在示例应用中使用了额外的2线主控器.虽然可以做到,但这是危险的,必须格外小心.首先,当微控制器的频率发生变化时,2线程例程的定时也会发生变化.此外,与8051示例和PIC示例一样,除了最大频率之外,一些微处理器可能具有最小工作频率规格.最后,禁用输出是不可能的,因为微不再是时钟,因此,不再能够发出重新启用贴片振荡器的命令.但如果必须这样做,检查所用微控制器的数据表是非常重要的.