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  • MCU的幾種時鐘電路方案介紹
    • 發(fā)布時間:2025-01-06 18:57:19
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    MCU的幾種時鐘電路方案介紹
    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(shè)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(shè)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(shè)計的項目當(dāng)中,首先有最小的電路工作系統(tǒng)。它包括電源電路、復(fù)位電路以及時鐘電路。對于電源電路還有復(fù)位電路,相信我們工程師常常很容易理解和設(shè)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(shè)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(shè)計方案。還有,時鐘頻率電路的設(shè)計通常還需要考慮單片機的類型、性能需求、成本預(yù)算等這些因素,這些都加劇了設(shè)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(shè)計方案。例如:
    第一個,這個項目對研發(fā)成本的控制比較嚴(yán)格,但是要求功能簡潔不復(fù)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(shè)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。
    MCU 時鐘電路方案
    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(zhǔn)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(fù)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(shè)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(fù)雜性還有設(shè)計難度,需要我們更多的調(diào)試和測試工作來保證其正常工作。
    2.內(nèi)部晶振
    內(nèi)部的晶振方案,它是指單片機的內(nèi)部集成的RC振蕩電路來產(chǎn)生的時鐘頻率;
    MCU 時鐘電路方案
    內(nèi)部晶振的設(shè)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(chǎn)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(zhǔn)的時鐘信號;比如常見的美信的DS1338這個型號時鐘芯片
    MCU 時鐘電路方案
    MCU 時鐘電路方案
    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(dāng)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(nèi)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(dǎo)致電路停止工作。
    2,時鐘芯片內(nèi)部集成了對時間的“秒”、“分”、“時”、“日”、“周”、“月”和“年”進行詳細(xì)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(chǎn)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(chǎn)生的誤差也非常小,可以被認(rèn)為是相當(dāng)精確的。
    當(dāng)然,以上提到的三種設(shè)計方案主要是針對工業(yè)與民用領(lǐng)域。若涉及到航空航天應(yīng)用領(lǐng)域,如衛(wèi)星導(dǎo)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(nèi)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(shè)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(shè)計方案。
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