單片機的時鐘頻率電路的三大選擇方案

工程師在開發(fā)一個電路系統(tǒng)，往往會需要用到中央處理器，比如單片機、FPGA、或者DSP等等；當然一些簡單的純硬件電路項目方案例外，如充電器、熱水壺等等。

作為單片機研發(fā)設(shè)計的項目，它的最小電路工作系統(tǒng)包含電源電路、復位電路、時鐘頻率電路；其中電源電路與復位電路，相信工程師都非常容易理解與設(shè)計。然而時鐘頻率電路，由于不同的開發(fā)項目功能需求不一樣，設(shè)計的方案選擇也不盡相同，很難得到有效的統(tǒng)一設(shè)計。

比如：

A項目對研發(fā)成本要求較嚴格，功能較簡單；

B項目電路系統(tǒng)需要與外界電路系統(tǒng)完成串口通信，通信數(shù)據(jù)要求不能出錯；

C項目包含一個時鐘萬年歷功能，時間要求不能間斷而且精度要求高。

針對單片機的時鐘頻率電路，工程師依據(jù)不同的項目要求去設(shè)計與選擇匹配的方案，具體的選擇方案包含三類。

01

外部晶振方案

所謂外部晶振方案，是指在單片機的時鐘引腳X1與X2外部連接一個晶振。

優(yōu)點：時鐘頻率精度高，穩(wěn)定性能好；對于一些數(shù)據(jù)處理能力要求較高的項目，尤其是多個電路系統(tǒng)彼此需要信息通訊，如包含USB通訊、CAN通訊的項目，選用外部晶振的方案較多。

缺點：由于增加了外部晶振，所以研發(fā)的BOM表元器件成本增加擴大了。

02

內(nèi)部晶振方案

所謂內(nèi)部晶振方案，是指單片機利用內(nèi)部集成的RC振蕩電路產(chǎn)生的時鐘頻率。

優(yōu)點：省去外部晶振，工程師可以有效的節(jié)約研發(fā)BOM元器件成本。

缺點：RC振蕩電路產(chǎn)生的時鐘頻率精度比較低，誤差較大，容易引起一些高頻率通信的數(shù)據(jù)交互錯誤。

03

時鐘芯片方案

所謂時鐘芯片方案，是指在單片機外部加入一個專門處理時鐘的時鐘芯片，用來給單片機提供精準的時鐘信號。

優(yōu)點：精度高，誤差小；適用于一些要求較高的電路項目。

缺點：電路設(shè)計復雜，工程師開發(fā)難度較高，研發(fā)BOM元器件成本高。

關(guān)于時鐘芯片的一些電路特性，以美信的DS1338型號為例說明：

（1）供電

時鐘芯片的供電電源包含兩個部分：

VCC供電，是指電路項目系統(tǒng)的電源，同時也是單片機的電源。

Vbat供電，是指電池供電的電源，由于某種原因在VCC供電突然失去的條件下，時鐘芯片自動啟用Vbat電池電源，用以保持時鐘芯片內(nèi)部的時鐘信號處理，不必因為電路系統(tǒng)電源VCC斷電而失去電路工作。

（2）功能

時鐘芯片內(nèi)部集成時間的“秒”“分”“時”“日”“周”“月”和“年”詳細信息計時電路功能，通過IIC通信方式將時間的信息發(fā)送至單片機，單片機即可獲得高精度的時鐘信息。

（3）接口

時鐘芯片與單片機的接口是IIC通信接口，此接口方式為串口通信，工程師開發(fā)設(shè)計較為簡單，容易實現(xiàn)電路功能；

（4）精度

精度，是指時鐘芯片在正常工作條件下產(chǎn)生的時鐘誤差；例如美信的DS1338時鐘芯片精度控制在10PPM，換算成一天24小時誤差精度在0.8秒左右。

（5）應用

時鐘芯片，一般用來處理精確計算時間的電路項目，如時間萬年歷。

結(jié)語

當然這三個方案都是針對一些工業(yè)與民用領(lǐng)域，如果涉及到航空航天應用領(lǐng)域，比如衛(wèi)星導航與遙感測量等，則需要選擇更高精度的時鐘頻率電路，如原子鐘方案。