MCU的幾種時鐘電路方案分享

我們工程師在開發(fā)電子系統(tǒng)的時候，經(jīng)常會使用到各種各樣的處理器，比如微控制器（如MCU）、可編程邏輯設備（比如FPGA）還有數(shù)字信號處理器（比如DSP）。但是，對于一些比較簡單的硬件電路設計方案，比如充電器或者熱水壺等等，我們則不會使用到處理器。

我們在單片機MCU開發(fā)設計的項目當中，首先有最小的電路工作系統(tǒng)。它包括電源電路、復位電路以及時鐘電路。對于電源電路還有復位電路，相信我們工程師常常很容易理解和設計。

但是，對于時鐘電路，因為不同的開發(fā)項目，它的功能需求是不同的，因此設計方案的選擇也是各不相同，所以很難得到一個通用而且有效的設計方案。還有，時鐘頻率電路的設計通常還需要考慮單片機的類型、性能需求、成本預算等這些因素，這些都加劇了設計難度和靈活性。所以，我們工程師要根據(jù)具體項目的需求還有限制來選擇一個最合適的時鐘頻率電路設計方案。例如：

第一個，這個項目對研發(fā)成本的控制比較嚴格，但是要求功能簡潔不復雜。

第二個，這個項目需要電路系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的通信是通過串口通信進行數(shù)據(jù)傳輸，且不能出現(xiàn)任何錯誤。

第三個，這個項目里面有一項重要的功能是具備一個時鐘萬年歷，所以要求時間連續(xù)且精確度極高，而且不能出現(xiàn)任何間斷或誤差。

因此單片機的時鐘電路，我們將會依據(jù)不同的項目需求去設計與選擇相匹配的方案；具體的方案基本包含三類。

1.外部晶振

外部晶振方案它指的是在單片機的時鐘引腳X1和X2處，我們通過連接一個晶體振蕩器來獲得時鐘信號。這種方式便可以實現(xiàn)更高的時鐘信號精度還有穩(wěn)定性，但時需要占用額外的電路板空間，而且增加一定的成本。

它的優(yōu)勢在于：

精度高，穩(wěn)定性好，有利于保證數(shù)據(jù)處理的準確性還有系統(tǒng)的正常運行。

對于一些需要多個電路系統(tǒng)進行信息通訊，比如涉及USB通訊、CAN通訊等比較復雜的項目，選用外部晶振方案能夠更好地滿足數(shù)據(jù)處理和通訊需求。

但是，這種設計方案也存在一些缺點：

研發(fā)的物料清單中的元器件數(shù)量增加，因而增加了整個項目的成本和制造成本。

外部晶振的引入也會增加電路板的復雜性還有設計難度，需要我們更多的調試和測試工作來保證其正常工作。

2.內部晶振

內部的晶振方案，它是指單片機的內部集成的RC振蕩電路來產生的時鐘頻率；

內部晶振的設計方案

它的優(yōu)點是：省去了外部晶振，因此工程師可以很有效的節(jié)約掉研發(fā)BOM元器件成本；

但是它的缺點是：RC振蕩電路產生的時鐘頻率精度很低，誤差會較大，進而容易引起一些高頻率通信的數(shù)據(jù)交互錯誤等問題；

3.時鐘芯片

所謂的時鐘芯片，它是指在單片機外部專門加上一個處理時鐘的芯片，來給單片機提供非常精準的時鐘信號；比如常見的美信的DS1338這個型號時鐘芯片

1.時鐘芯片的供電電源由兩個部分組成。首先，VCC供電是電路系統(tǒng)的主要電源，同時也是為單片機提供電力的來源。其次，Vbat供電是指電池電源，當由于某種原因VCC供電突然失去時，時鐘芯片會自動啟用Vbat電池電源，以確保時鐘芯片內部的時鐘信號處理能夠繼續(xù)進行，避免因電路系統(tǒng)電源VCC斷電而導致電路停止工作。

2，時鐘芯片內部集成了對時間的“秒”、“分”、“時”、“日”、“周”、“月”和“年”進行詳細計時的電路功能。這些電路能夠通過IIC通信方式將時間信息發(fā)送至單片機，從而使得單片機可以獲取高精度的時鐘信息。

3，精度是指時鐘芯片在正常的工作條件下，產生的時鐘誤差的多少。例如，美信的DS1338時鐘芯片的精度被控制在10 PPM（百萬分之一），這可以換算成在一天24小時的情況下，誤差精度大約在0.8秒左右。這意味著，即使在長期使用過程中，這款時鐘芯片產生的誤差也非常小，可以被認為是相當精確的。

當然，以上提到的三種設計方案主要是針對工業(yè)與民用領域。若涉及到航空航天應用領域，如衛(wèi)星導航和遙感測量等，由于對時間和頻率的精度要求極高，因此通常需要選擇原子鐘等更高精度的時鐘頻率電路方案。

綜合來看，目前工程師使用較多的是內部晶振方案。這種方案不僅滿足了絕大多數(shù)單片機電路項目的精度要求，而且研發(fā)設計成本相對較低，具有很好的經(jīng)濟效益。以上便是單片機常用的三種電路設計方案。