北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院　李亞舟　張新燕　劉秋平　王恩成

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基于CDCE906的頻率合成器

北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院李亞舟張新燕劉秋平王恩成

【摘要】本文主要是介紹了一種利用單片機(jī)控制的頻率合成芯片CDCE906。其中芯片的頻率變化是通過單片機(jī)利用IIC總線技術(shù)將控制數(shù)據(jù)發(fā)送到CDCE906芯片寄存器內(nèi)，進(jìn)而頻率合成芯片輸出相對(duì)應(yīng)的頻率值。

【關(guān)鍵詞】CDCE906；頻率合成；單片機(jī)

隨著通信技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、航天航空技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于振蕩信號(hào)源的要求不斷提高。頻率合成技術(shù)便是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。利用該技術(shù)搭建的電路成為頻率合成器。頻率合成器是利用一個(gè)或多個(gè)信號(hào)，通過各種技術(shù)途徑產(chǎn)生大量離散頻率信號(hào)的設(shè)備。按照頻率產(chǎn)生機(jī)理可將其分為：直接模擬合成法、鎖相環(huán)合成法以及直接數(shù)字合成法。直接模擬頻率合成法是利用一個(gè)或是多個(gè)不同晶體振蕩器作為基準(zhǔn)信號(hào)源，經(jīng)過倍頻、分頻、混頻等方式直接產(chǎn)生多個(gè)頻率的輸出信號(hào)。鎖相環(huán)合成法是通過鎖相環(huán)進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算方式，產(chǎn)生所需的頻率輸出信號(hào)。直接數(shù)字合成法是直接以離散時(shí)間的方式產(chǎn)生信號(hào)，通過改變幅度、頻率和相位的方式進(jìn)行頻率合成。本文主要利用鎖相環(huán)合成法來實(shí)現(xiàn)頻率合成器，通過使用單片機(jī)控制可編程時(shí)鐘乘法器CDCE906產(chǎn)生不同的頻率信號(hào)。

1　頻率合成器的硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件電路部分

利用STC12LE5204AD單片機(jī)控制CDCE906產(chǎn)生頻率信號(hào)的硬件電路原理圖如圖1所示。可編程時(shí)鐘乘法器CDCE906具有IIC接口，便可采用單片機(jī)與CDCE906通過IIC總線協(xié)議進(jìn)行通信，不具有SDA、SCL管腳的STC12LE5204AD單片機(jī)芯片，可在程序內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行定義，本設(shè)計(jì)中將單片機(jī)的P1.1、P1.2管腳分別定義為SCL、SDA管腳。單片機(jī)與CDCE906均采用3.3V電壓供電，單片機(jī)選擇11.0592MHz的晶振，CDCE906則選擇10MHz的晶振。

圖1　單片機(jī)與CDCE906連接的硬件電路原理圖

1.2CDCE906簡(jiǎn)介

可編程時(shí)鐘乘法器CDCE906是基于鎖相環(huán)（PLL）模塊的頻率合成芯片，其內(nèi)部包含3個(gè)PLL模塊，只需一個(gè)信號(hào)源，便可產(chǎn)生6路輸出，且每路的輸出信號(hào)可根據(jù)3組PLL在線編程實(shí)現(xiàn)，最高輸出頻率可達(dá)167MHz。其輸入信號(hào)可以是時(shí)鐘晶振信號(hào)、單端LVCMOS信號(hào)或是差分輸入信號(hào)。時(shí)鐘晶振的頻率范圍為8MHz到54MHz，而單端LVCMOS號(hào)和差分輸入信號(hào)可達(dá)到167MHz。本文中采用的外接晶振時(shí)鐘信號(hào)，而外接晶振時(shí)鐘信號(hào)一般需加負(fù)載電容，如圖1中的電容C1、C2，為產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出頻率，C1、C2均取值18pF。

2　軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1IIC總線協(xié)議

單片機(jī)與CDCE906通信采用IIC總線協(xié)議，IIC總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線兩條線構(gòu)成通信線路，既可發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間都可以進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率可達(dá)到400kpbs，各種被控器件均并聯(lián)在這條總線上，單每個(gè)被控器件都有唯一的地址。在信息傳輸過程中，IIC總線上并聯(lián)的每一個(gè)器件既是主控器（或被控器），又是接收器（或發(fā)送器），這由其所要完成的功能決定。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和數(shù)據(jù)碼兩部分，地址碼由于選址，即接通需要控制的電路，數(shù)據(jù)碼是通信內(nèi)容，這樣各控制電路雖在同一條總線上，卻又彼此獨(dú)立，互不相干。

IIC總線在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，共用3中類型信號(hào)，分為是：開始信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)和結(jié)束信號(hào)。

2.2CDCE906控制指令

利用IIC總線協(xié)議控制器件時(shí)，每個(gè)器件都有自己的控制指令格式，需按照規(guī)定的指令格式才能實(shí)現(xiàn)正常通訊。

CDCE906包含兩種操作方式：字節(jié)寫（Byte Write）與塊寫（Block Write）。CDCE906的所有字節(jié)均有缺省值，如果只需修改其中的少數(shù)幾個(gè)地址，不連續(xù)的字節(jié)便可以獲得多要的結(jié)果，建議使用字節(jié)寫方式。如果需要改動(dòng)多數(shù)字節(jié)，塊寫方式就更為方便。本文采用的是字節(jié)寫方式對(duì)相應(yīng)的字節(jié)進(jìn)行修改。

CDCE906字節(jié)寫方式的通信協(xié)議如圖2所示。其中S表示開始條件，Slave Address為將要寫入芯片的地址， 通過S0、S1控制管腳設(shè)置芯片的地址，就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)相對(duì)應(yīng)的CDCE906芯片進(jìn)行讀寫操作。Wr=1表示單片機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行寫操作。CommandCode的最高位為0時(shí)，芯片通信方式為塊讀寫方式，最高位為1時(shí)，芯片通信方式為字節(jié)讀寫方式，CommandCode的低7為讀寫字節(jié)的偏移地址。在對(duì)CDCE906進(jìn)行寫操作時(shí)，都是從低字節(jié)向高字節(jié)寫，寫完之后芯片會(huì)回饋一個(gè)應(yīng)答信號(hào)ACK，寫入為低，未寫入高。

圖2　CDCE906字節(jié)寫方式通信協(xié)議

CDCE906中控制管腳S0、S1分別控制芯片是否處于休眠狀態(tài)、輸出端是否被禁止，且二者均是低電平有效。而當(dāng)CDCE906的第10B的低4位全部置為1的時(shí)候，S0、S1就成為了芯片的地址選擇管腳。本文中只是對(duì)單個(gè)CDCE906的應(yīng)用，所以第10B的低4位使用默認(rèn)缺省值0000，Slave Address使用缺省值11010010，將S0、S1管腳置高，即在圖1電路中所顯示的，將S0、S1均接3.3V電壓，以保證其始終為高電平。

2.3控制寄存器值的計(jì)算

在給定輸入頻率(本文采用的是CDCE906芯片的晶振的頻率)，CDCD906芯片的輸出頻率可通過公式(1)計(jì)算得：

其中M、N是PLL的乘法器/除法器的值；P是鎖相環(huán)輸出的分頻因子，并且。M、N、P的取值范圍分別是1～511、0～4095、1～127。

圖3　單片機(jī)控制CDCE906芯片的程序流程圖

2.4控制程序的設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制CDCE906芯片（如圖3所示）的程序流程圖如圖3所示，單片機(jī)與CDCE906芯片是通過IIC協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信的，可以利用單片機(jī)控制CDCE906內(nèi)部PLL的M、N、P的值，得到不同頻率的方波信號(hào)。

由于本文中選用的STC12LE5204AD單片機(jī)芯片沒有IIC接口，所以需要自定義，

即sbit SDA = P1^2; sbit SCL = P1^1。

3　結(jié)束語

將程序下載到單片機(jī)之后，再給單片機(jī)和CDCE906同時(shí)供電，通過示波器就可以觀察大清晰的輸出波形——方波，利用單片機(jī)改變CDCE906寄存器內(nèi)的M、N、P值，就可以得到相對(duì)應(yīng)的輸出頻率，也可以將M、N、P設(shè)置為變量，使CDCE906輸出頻率掃描信號(hào)。

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0　引言：頻率合成器原理簡(jiǎn)介