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单片机 | 3种时钟电路方案对比，你常用哪一种？

大鱼机器人 2020-08-17 00:00
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作者 | 芯片哥
来源 | 今日头条

工程师在开发一个电路系统，往往会需要用到中央处理器，比如单片机、FPGA、或者DSP等等；当然一些简单的纯硬件电路项目方案例外，如充电器、热水壶等等。

作为单片机研发设计的项目，它的最小电路工作系统包含电源电路、复位电路、时钟频率电路；其中电源电路与复位电路，相信工程师都非常容易理解与设计。然而时钟频率电路，由于不同的开发项目功能需求不一样，设计的方案选择也不尽相同，很难得到有效的统一设计。

比如：

  • A项目对研发成本要求较严格，功能较简单；

  • B项目电路系统需要与外界电路系统完成串口通信，通信数据要求不能出错；

  • C项目包含一个时钟万年历功能，时间要求不能间断而且精度要求高。
针对单片机的时钟频率电路，工程师依据不同的项目要求去设计与选择匹配的方案，具体的选择方案包含三类。


01
外部晶振方案

所谓外部晶振方案，是指在单片机的时钟引脚X1与X2外部连接一个晶振。

单片机外部晶振图

优点： 时钟频率精度高，稳定性能好；对于一些数据处理能力要求较高的项目，尤其是多个电路系统彼此需要信息通讯，如包含USB通讯、CAN通讯的项目，选用外部晶振的方案较多。

缺点： 由于增加了外部晶振，所以研发的BOM表元器件成本增加扩大了。


02
内部晶振方案

所谓内部晶振方案，是指单片机利用内部集成的RC振荡电路产生的时钟频率。

单片机内部晶振图

优点： 省去外部晶振，工程师可以有效的节约研发BOM元器件成本。

缺点： RC振荡电路产生的时钟频率精度比较低，误差较大，容易引起一些高频率通信的数据交互错误。


03
时钟芯片方案

所谓时钟芯片方案，是指在单片机外部加入一个专门处理时钟的时钟芯片，用来给单片机提供精准的时钟信号。

单片机与时钟芯片电路

优点： 精度高，误差小；适用于一些要求较高的电路项目。

缺点： 电路设计复杂，工程师开发难度较高，研发BOM元器件成本高。

关于时钟芯片的一些电路特性，以美信的DS1338型号为例说明：

DS1338时钟芯片

（1）供电
时钟芯片的供电电源包含两个部分：

  • VCC供电，是指电路项目系统的电源，同时也是单片机的电源。

  • Vbat供电，是指电池供电的电源，由于某种原因在VCC供电突然失去的条件下，时钟芯片自动启用Vbat电池电源，用以保持时钟芯片内部的时钟信号处理，不必因为电路系统电源VCC断电而失去电路工作。
（2）功能
时钟芯片内部集成时间的“秒”“分”“时”“日”“周”“月”和“年”详细信息计时电路功能，通过IIC通信方式将时间的信息发送至单片机，单片机即可获得高精度的时钟信息。

（3）接口
时钟芯片与单片机的接口是IIC通信接口，此接口方式为串口通信，工程师开发设计较为简单，容易实现电路功能；

（4）精度
精度，是指时钟芯片在正常工作条件下产生的时钟误差；例如美信的DS1338时钟芯片精度控制在10PPM，换算成一天24小时误差精度在0.8秒左右。

（5）应用
时钟芯片，一般用来处理精确计算时间的电路项目，如时间万年历。

结语

当然这三个方案都是针对一些工业与民用领域，如果涉及到航空航天应用领域，比如卫星导航与遥感测量等，则需要选择更高精度的时钟频率电路，如原子钟方案。

本文作者系今日头条@芯片哥， 版权归原作者所有，如有侵权请联系删除
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