單片機(jī) | 3種時(shí)鐘電路方案對(duì)比，你常用哪一種？

時(shí)間：2020-09-08 22:01:29

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

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作者 | 芯片哥

來源 |?今日頭條

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

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

比如：

A項(xiàng)目對(duì)研發(fā)成本要求較嚴(yán)格，功能較簡(jiǎn)單；
B項(xiàng)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(cuò)；
C項(xiàng)目包含一個(gè)時(shí)鐘萬(wàn)年歷功能，時(shí)間要求不能間斷而且精度要求高。

針對(duì)單片機(jī)的時(shí)鐘頻率電路，工程師依據(jù)不同的項(xiàng)目要求去設(shè)計(jì)與選擇匹配的方案，具體的選擇方案包含三類。

外部晶振方案

所謂外部晶振方案，是指在單片機(jī)的時(shí)鐘引腳X1與X2外部連接一個(gè)晶振。

單片機(jī)外部晶振圖

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

缺點(diǎn)： 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(kuò)大了。

內(nèi)部晶振方案

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

單片機(jī)內(nèi)部晶振圖

優(yōu)點(diǎn)： 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(diǎn)： RC振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)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(cuò)誤。

時(shí)鐘芯片方案

所謂時(shí)鐘芯片方案，是指在單片機(jī)外部加入一個(gè)專門處理時(shí)鐘的時(shí)鐘芯片，用來給單片機(jī)提供精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)。

單片機(jī)與時(shí)鐘芯片電路

優(yōu)點(diǎn)： 精度高，誤差?。贿m用于一些要求較高的電路項(xiàng)目。

缺點(diǎn)： 電路設(shè)計(jì)復(fù)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(shí)鐘芯片的一些電路特性，以美信的DS1338型號(hào)為例說明：

DS1338時(shí)鐘芯片

（1）供電

時(shí)鐘芯片的供電電源包含兩個(gè)部分：

VCC供電，是指電路項(xiàng)目系統(tǒng)的電源，同時(shí)也是單片機(jī)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(shí)鐘芯片自動(dòng)啟用Vbat電池電源，用以保持時(shí)鐘芯片內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)處理，不必因?yàn)殡娐废到y(tǒng)電源VCC斷電而失去電路工作。

（2）功能

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

（3）接口

時(shí)鐘芯片與單片機(jī)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(jì)較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)電路功能；

（4）精度

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

（5）應(yīng)用

時(shí)鐘芯片，一般用來處理精確計(jì)算時(shí)間的電路項(xiàng)目，如時(shí)間萬(wàn)年歷。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)然這三個(gè)方案都是針對(duì)一些工業(yè)與民用領(lǐng)域，如果涉及到航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，比如衛(wèi)星導(dǎo)航與遙感測(cè)量等，則需要選擇更高精度的時(shí)鐘頻率電路，如原子鐘方案。

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