单片机工作频率切换的实现

随着单片机技术的发展，单片机各方面的性能都有了很大的提高，运行速度也越来越快，这使得单片机的应用也越来越广泛。

有时候由于外围设备的速度或者其他个些要求，单片机的运行速度并不能很高，有时还要求比较低，比如当8位单片机用于PC/XT总线接口时，工作频率是最高4.77MHz，那么单片机的工作频率就只能是4.77MHz，这样就会导致运行速度下降，当又有其它硬件要求工作频率较高时，怎样才能调和这两方面的矛盾呢？可不可以让单片机在与PC/XT接口时工作在4.77MHz，而在运行其他程序时工作在比较高的频率呢？

首先我们做了这样的实验，如图1，用外部振荡电路，通过分频得到两个高低不同震荡源（4：1），通过两个可控门后连接到单片机的外部振荡输入端。用 P1.0来选择输入的振荡频率，即在程序执行过程中，直接用语名来改变输入频率（当然在改变频率时，串口、计时器不能用）。试验后发现，单片机虽然还可以正常工作，但在频率改变过程中产生的干扰，使单片机内的个些寄存器和RAM中的数据发生了变化，改变以后的工作状态就显得不是很稳定。

由以上实验可看出，在正常工作方式下，直接改变单片机的工作频率是不可取的。其实单片机还有另外的两种工作方式：等待工作方式和掉电工作方式（CHMOS 工艺制成的单片机个般都有）。单片机进入掉电工作方式以后，必须用硬伯复位，显然这种方式也是不可取的。在等待工作方式下，送往CPU的时钟信号被封锁， CPU进入等待状态。CPU内部的状态，如堆栈指针（SP）、程序计数器（PC）、程序状态字（PSW）、累加器及其他寄存器的状态被完整地保留下来，而且等待工作方式可以通过个个中断来唤醒，这些正是我们所需要的。于是我们在原来的电路图中加上个个延时电路（可以用计数器来做），接在频率切换控制线上，就可以让可控门在进入到等待工作方式以后再动作。另外还要用P1.1来产生个个控制信号，通过延时电路作为中断源，用来唤醒单片机。实验表明，这种方式确实可以很稳定地实现单片机工作频率的切换，外加的电路实现起来也很方便。

在实际应用中又发现，单片机的I/O口线经常会不够用，如果在这里用掉两个I/O口其实是很浪费的，用一个实现起来又比较麻烦。其实，单片机在进入等待工作方式经后，ALE和 PSEN均为高电平，ALE在单片机正常工作状态下，不断向外输出频率为fosc/6的脉冲，只有在CPU访问片外数据存储器时，才会丢失一个脉冲，正好可以通过ALE信号的变化来产生频率控制信号和中断信号。如图过计数器对输入脉冲进行计数来产生的，而用ALE信号作为计数器1的选通信号，使正常工作时因不断的刷新来停止控制信号和中断信号的产生，进入等待工作方式以后，记数器1因长期选道而开始正式计数，先产生一个控制信号切换频率，经计数器2延时用中断唤醒单片机进入正常工作状态，继续等距离的执行。

实验表明，这种方式确实能可靠地运行，不需要I/O口，而且不需要很多控制命令，只要用一个控制命令进入等待工作方式以后，他就会自动产生改变频率的信号和唤醒单片机的中断信号。只需要再加上一个简单的中断处理程序，就可以在两种工作频率之间随意地切换，该快的时候就快，该慢的时候就慢，真正是随心所欲了。