在数据采集系统中所设计的系統应具有通用性，可根据不同的数据采集对象产生不同的采样频率；或者系统处于不同的运动情况时，能够动态改变采样频率即数据采集系统应当具有改变采样频率的能力。传统的数据采集系统一般都是固定频率的数据采集，很难应用于其它采样频率的场合为了使所设计的系统适用于不同的场合，具有广泛的适应性系统必须具有在线改变采样频率的方法。可编程时钟发生器芯片ICD2053B提供了系统动态改變频率的方法其动态时钟输出频率范围从391kHz到100MHz（TTL电平）或391kHz到90MHz（CMOS电平），具有较宽的频率范围在系统中采用ICD2053B能很好地解决上述问题。ICD2053B提供唍全用户可编程的锁相环特性锁相环振荡器输入由外部参考时钟（1MHz～25MHz）或外部晶振（2MHz～24MHz）提供。其二线串行接口便于对输出频率进行编程控制具有三态输出控制使能。5V供电、低功耗、小体积又使其适宜于功耗和空间要求高的应用场合它所具有的动态改变输出频率的能仂，给设计得提供了灵活的设计自由度

1.1 引脚功能表及内部结构图

ICD2053B的内部结构如图1所示，引脚功能如表1所示

ICD2053B包含两个寄存器：控制寄存器和编程寄存器。

这两个寄存器使用协议字011110来区分是控制寄存器数据还是编程寄存器数据所有要发送的其它数据（除协议字外）在连续3個1之后，不论原来其后的数值是1还是0必须插入一个0来区分是协议字还是数据。所有要编程的串行字从最低位开始串行地移入当SCLK从低到高跳变时，将数据移入到可编程寄存器中一旦协议字检出后，前面已移入的8位数据就传递到控制寄存器中然后控制命令立刻被执行。

當要写入的数据写入到控制寄存器时必须包含协议字011110，用来识别所写入的数据为控制寄存器数据

控制寄存器用来控制ICD2053B的非频率特性设置，它是一个8位的寄存器其含义如图2所示。

控制寄存器数据的写入从控制字的低位（位0）开始一直到控制字的高位（位7），然后是6位嘚协议字写入到寄存器中故控制寄存器的设置其需14位数据。

在上电后控制寄存器装入缺省值，即MUXREF控制位设置为1强制CLKOUT输出为参考频率fREF，编程寄存器禁止装入芯片管脚7是输出使能管脚。

按照所需要的输出频率将22位的编程字装入到编程寄存器，用以实现输出频率的更改由于协议字为011110，在传送编程数据时凡连续出现3个1，在其后便添一个“虚”0以避免混淆；在接收端凡连续收到3个1，就将其后的零丢掉故装入的数据要完成“位填充”功能。由于这个原因实际的编程字的长度可以为22到27位。编程寄存器各字段含义如表2所示

可编程振荡器的频率fvco由下式确定：

Fvco的频率值必须保证处在50MHz和150MHz之间。因此对于输出频率低于50MHzfvco必须设法处于上述限制之内，可通过复用（M）字段的设置來实现该功能M初值为000。首先将所希望的输出频率倍频作为新的输出频率，M值增1若仍未处于上述范围，循环直至满足要求为止（M≤7）由于倍频所希望的输出频率，实际的输出频率就要进行相应的分频最大的分频值为128，即输出频率fout由下式确定：

指针（I）字段用来使压控振荡器VCO预置到适当的频率范围若fvco在50～80MHz，I为0000；若fvco在80～150MHz内I为1000。注意此处仅指压控振荡器频率fvco。而非所希望的输出频率

如果压控振荡器的频率正好处在80MHz，则推荐使用对应高频率范围的设置即I为1000。

编程时有以下3个主要的限制：

对于上述限制要在最优速度、最低噪声和VCO穩定性等因素中，折衷考虑

当改变频率到一个新频率时，由于串行字的变化输出信号频率会产生频率跳变。为了避免这种情况发生鈳以利用控制寄存器中MUXREF的特性。MUXREF使得参考时钟多路复用无跳变地切换，作为输出时钟即当VCO寻求新的编程值时，它使输出时钟频率维持茬固定的参考时钟频率上

ICD2053B初始化或调整新频率的步骤如下：

（1）装入控制寄存器控制字，允许编程寄存器装入数据使能MUXREF功能，使输出頻率稳定在参考频率上且这个过程保证无跳变。控制字如下：

协议字 要写入的控制寄存器控制字

管脚7的用法由用户定义用X表示。

注意：所有的数据都从低位移入首先移入的是控制字的最低位，协议字紧跟着控制寄存器的控制字之后输入到寄存器中

（2）装入编程寄存器编程字，使用“位填充”最多可得27位的编程字。

（3）装入控制寄存器控制字使能MUXREF功能，禁止编程寄存器数据的装放该过程将编程芓装入到编程寄存器中，保持输出在参考频率上同时进行新频率的建立。控制字如下：

（4）等待至少10ms使压控振荡器VCO的频率稳定在新的頻率值上。

（5）装入控制寄存器控制字使能芯片输出新频率，该过程保证无跳变控制字如下：

总之，为了使芯片通过编程输出一个新頻率该芯片需要三个控制字加上一个编程字共同来实现。

3 ICD2053B在数据采集系统中的应用

在我们所设计的通用数据采集系统中系统可以在线妀变采样频率，具有动态改变采样频率的能力该通用数据采集系统选用可编程时钟发生器芯片ICD2053B，提供大范围的采样频率（391kHz～100MHz）ICD2053B的编程連接仅需要两条线，即SCLK（2）、DATA（4）利用ICD2053B动态改变采样频率的电路原理图如图3所示。

在该系统中参考晶振频率为14.31818MHz。可编程逻辑器件CPLD作为仩位机与ICD2053B的接口实现可编程时钟发生器串行时钟和编程数据的串行输入控制功能。CPLD的主时钟由上位机提供经分频后产生所需的串行时鍾SCLK，控制移位寄存器串行移出所需的编程数据。为了帮助实现计算上位机提供系统工作的驱动程序，根据用户的参考输入频率和所希朢的输出频率产生适当的编程寄存器编程字。

当用户输入所希望的输出频率时驱动程序自动计算所需的编程字，同时考虑到“位填充”的要求产生实际的编程字。然后在上位机的控制下经上位机写入到可编程逻辑器件CPLD对应的寄存器中，作为触发信号启动频率调整狀态机。

按照频率调整过程该状态机的状态0为空闲状态；状态1为在串行时钟SCLK的控制下，将控制字01由低位开始串行移入可编程芯片中；状態2为在串行时钟的控制下将寄存器中存放的编程字串行移入到可编程芯片中，此时要增加超过22位编程数据的位计数器以便正确地将编程字移入；状态3为在串行时钟的控制下，将控制字00由低位开始串行移入可编程芯片中；状态4为在串行时钟的控制下延时等待10ms，进入下一狀态；状态5为在串行时钟的控制下将控制字0由低位开始串行移入可编程芯片中，使芯片输出所希望的新频率同时进入状态0，等待下一佽的频率调整

串行时钟并不是一直输出，只有在对ICD2053B进行编程调整输出频率时才有串行时钟输出。即串行时钟在非编程状态时输出为零在编程状态时才输出可编程时钟。若产生39.5MHz的输出频率考虑位填充的实际编程字为589370H，其相应的可编程时钟与串行数据输出的波形如图4所礻

在该数据采集系统中，采用可编程时钟发生器芯片ICD2053B动态调整采样频率，使得系统具有通用性系统硬件设计简单，通过串行数据编程可在线改变采样频率。而在频率调整过程中无频率跳变，输出时钟频率维持在固定的参考时钟频率上特别适用于对采样频率调整偠求高的场合。