使用經(jīng)濟(jì)振蕩器為8051微處理器提供時(shí)鐘

使用基于8051的微控制器時(shí)，必須謹(jǐn)慎選擇外部時(shí)鐘基準(zhǔn)，以確保滿足控制器串行接口的時(shí)序要求。通常，8051串行端口與RS-232發(fā)射器/接收器一起使用，以提供到另一個(gè)處理器或主機(jī)處理器的串行通信鏈路。RS-232規(guī)范具有特定的時(shí)序要求，必須滿足這些要求才能保證與使用此協(xié)議的所有其他設(shè)備的通信?；?8051 的處理器使用外部時(shí)序參考（晶體或時(shí)鐘）和內(nèi)部可編程分頻器鏈的組合生成其串行端口時(shí)序。本應(yīng)用筆記演示了如何使用EconOscillator滿足外部時(shí)鐘要求，并為8051內(nèi)部串行端口控制寄存器的編程提供了計(jì)算幫助。

介紹

經(jīng)濟(jì)振蕩器具有提供基本頻率的內(nèi)部振蕩器，它們使用內(nèi)置分頻鏈將基本頻率降低到所需速率。每個(gè)器件號(hào)可以劃分四個(gè)基本頻率速率（60MHz、66.67MHz、80MHz 或 100MHz），調(diào)整速度比基本器件頻率慢 2052 倍。經(jīng)濟(jì)振蕩器可用于任何類型的時(shí)鐘邏輯，包括微處理器、FPGA 和 CPLD 電路，具體取決于系統(tǒng)要求。

8051 微處理器和 RS-232 串行通信

選擇時(shí)鐘時(shí)，有兩個(gè)因素值得仔細(xì)考慮：時(shí)鐘速率和整個(gè)使用壽命內(nèi)的時(shí)鐘精度。在8051微處理器系統(tǒng)中，RS-232串行通信的使用通常決定了系統(tǒng)時(shí)鐘速率。例如，考慮使用 1MHz 時(shí)鐘（原始 12 的最大時(shí)鐘速率）的異步模式 8051 串行通信。表 1 顯示了建立標(biāo)準(zhǔn)波特率所需的定時(shí)器 1 自動(dòng)重新加載值。

表1中的實(shí)際波特率使用以下公式計(jì)算（轉(zhuǎn)載自達(dá)拉斯半導(dǎo)體的高速微控制器用戶指南）：

表編號(hào)基于以下計(jì)時(shí)器 1 條件：

設(shè)置為每個(gè)定時(shí)器遞增12個(gè)時(shí)鐘周期（DS87C520可每1或4個(gè)時(shí)鐘周期遞增定時(shí)器12）

已啟用自動(dòng)重新加載模式

波特率倍增器 （SMOD=0） 已禁用。

RS-232串行通信的大多數(shù)用戶都同意，任何超過(guò)3%的波特率誤差都可能導(dǎo)致通信錯(cuò)誤，盡管在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中開(kāi)始和停止位同步，但仍會(huì)發(fā)生通信錯(cuò)誤。3%的允許誤差將12MHz晶體的最大通信速率限制在2400波特——這在1990年代初期還不錯(cuò)，但對(duì)于今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)有點(diǎn)慢。幸運(yùn)的是，有一些晶體可以滿足8051串行通信的需求：11.059MHz或22.118MHz晶體。使用這些晶體的微處理器在波特率方面有了顯著的提高（表2），數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)57.6 kbps（DS115C2使用波特率倍增器SMOD=87時(shí)為520.1 kbps），這對(duì)于當(dāng)今大多數(shù)微處理器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是可觀的。

注意：
要求波特率在指定速率的 3% 以內(nèi)也會(huì)對(duì)時(shí)鐘提出精度要求。即使為RS-232通信選擇了理想的時(shí)鐘速率，如果時(shí)鐘變化超過(guò)3%，您也可能無(wú)法始終如一地進(jìn)行通信。

使用DS1077經(jīng)濟(jì)振蕩器為8051微處理器提供時(shí)鐘

DS1077有多種基本型號(hào)，內(nèi)部振蕩器工作頻率為133、125、120、100和66.667MHz。使用內(nèi)部分頻器鏈來(lái)減慢它們的速度，使其足以滿足8051應(yīng)用的需求，理論上可以使用這些部件中的任何一個(gè)。但是，如果您打算使用 8051 的串行端口，則應(yīng)根據(jù)微處理器隨附的波特率和波特率生成公式，選擇最適合微處理器需求的基礎(chǔ)部件。

在我們的示例中，對(duì)于8051微處理器，11.059MHz和22.118MHz的振蕩器頻率是理想的，并且波特率生成可以容忍大約3%的錯(cuò)誤率。如果使用66.667MHz基頻（DS1077-66），可將基頻除以六（6）分頻，直至11.111MHz。這與理想頻率11.059MHz（0.47%）相比誤差很小，即使最壞情況下與編程頻率的偏差為1.25%，誤差也保持在可接受的低水平。因此，DS1077-66在1.72MHz目標(biāo)頻率下允許最大誤差為11.059%，足以滿足速率高達(dá)28.8kbps的通信需求。

如果使用具有更高允許時(shí)鐘速率的8051，例如DS87C520（最大時(shí)鐘速率為33MHz），則可以簡(jiǎn)單地將時(shí)鐘速率除以22到222.22MHz。對(duì)于任何118.<>MHz波特率的通信，最大誤差仍然很好。更高的時(shí)鐘速率還可以為您的其他應(yīng)用需求提供更高水平的處理器性能。

DS1077采用8051設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)是靈活性。最初使用原始或等效的8051微處理器（最大時(shí)鐘速率為12MHz）的設(shè)計(jì)可以通過(guò)重新編程振蕩器和更換微處理器來(lái)簡(jiǎn)單地升級(jí)。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，您甚至可以對(duì)DS1077插座內(nèi)重新編程。如果您使用的是40微處理器的8051引腳DIP版本，ADI公司和許多其他公司將生產(chǎn)多個(gè)100%兼容的替代芯片。其中最快的是ADI公司的DS89C430，性能比原來(lái)的50設(shè)計(jì)提高了8051倍，并且提供了一些可用的資源，包括看門狗定時(shí)器和電源管理，這是原來(lái)的8051所沒(méi)有的。其他芯片，如DS87C520，性能提升高達(dá)11倍。（ADI公司還生產(chǎn)具有PWM和ADC的其他8051版本，用于控制應(yīng)用，但它們不提供40引腳DIP封裝。

硬件設(shè)置

要使用DS1077，需要建立一種對(duì)其EEPROM寄存器進(jìn)行編程的方法。 對(duì)DS1077進(jìn)行編程后，圖1所示原理圖顯示了如何連接DS1077，以便與8051微處理器配合正常工作。注意DS1077的輸出進(jìn)入XTAL1，XTAL2未連接。XTAL2 通常是 8051 的晶體振蕩器輸出。將任何東西連接到該引腳只會(huì)將微處理器負(fù)載下來(lái)，當(dāng)任何輔助時(shí)鐘設(shè)備都可以與 XTAL1 上的微處理器并聯(lián)時(shí)，這是不必要的。（這是假設(shè)輔助器件和8051的聯(lián)合負(fù)載不超過(guò)DS1077的輸出電流規(guī)格。

圖1.使用DS1077振蕩器為8051微處理器提供時(shí)鐘的硬件設(shè)置。

審核編輯：郭婷