我們工程師在開發(fā)電子系統(tǒng)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)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(hào)處理器（比如DSP）。但是，對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的硬件電路設(shè)計(jì)方案，比如充電器或者熱水壺等等，我們則不會(huì)使用到處理器。
我們?cè)趩纹瑱C(jī)MCU開發(fā)設(shè)計(jì)的項(xiàng)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(shí)鐘電路。對(duì)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(jì)。但是，對(duì)于時(shí)鐘電路，因?yàn)椴煌拈_發(fā)項(xiàng)目，它的功能需求是不同的，因此設(shè)計(jì)方案的選擇也是各不相同，所以很難得到一個(gè)通用而且有效的設(shè)計(jì)方案。還有，時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)通常還需要考慮單片機(jī)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(jì)難度和靈活性。所以，我們工程師要根據(jù)具體項(xiàng)目的需求還有限制來(lái)選擇一個(gè)最合適的時(shí)鐘頻率電路設(shè)計(jì)方案。例如：
第一個(gè)，這個(gè)項(xiàng)目對(duì)研發(fā)成本的控制比較嚴(yán)格，但是要求功能簡(jiǎn)潔不復(fù)雜。
第二個(gè)，這個(gè)項(xiàng)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且不能出現(xiàn)任何錯(cuò)誤。
第三個(gè)，這個(gè)項(xiàng)目里面有一項(xiàng)重要的功能是具備一個(gè)時(shí)鐘萬(wàn)年歷，所以要求時(shí)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(jī)的時(shí)鐘電路，我們將會(huì)依據(jù)不同的項(xiàng)目需求去設(shè)計(jì)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(jī)的時(shí)鐘引腳X1和X2處，我們通過連接一個(gè)晶體振蕩器來(lái)獲得時(shí)鐘信號(hào)。這種方式便可以實(shí)現(xiàn)更高的時(shí)鐘信號(hào)精度還有穩(wěn)定性，但時(shí)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(shì)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(yùn)行。
對(duì)于一些需要多個(gè)電路系統(tǒng)進(jìn)行信息通訊，比如涉及USB通訊、CAN通訊等比較復(fù)雜的項(xiàng)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(jì)方案也存在一些缺點(diǎn)：
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(gè)項(xiàng)目的成本和制造成本。
外部晶振的引入也會(huì)增加電路板的復(fù)雜性還有設(shè)計(jì)難度，需要我們更多的調(diào)試和測(cè)試工作來(lái)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(jī)的內(nèi)部集成的RC振蕩電路來(lái)產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率；
內(nèi)部晶振的設(shè)計(jì)方案
它的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是：RC振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率精度很低，誤差會(huì)較大，進(jìn)而容易引起一些高頻率通信的數(shù)據(jù)交互錯(cuò)誤等問題；
3.時(shí)鐘芯片
所謂的時(shí)鐘芯片，它是指在單片機(jī)外部專門加上一個(gè)處理時(shí)鐘的芯片，來(lái)給單片機(jī)提供非常精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)；比如常見的美信的DS1338這個(gè)型號(hào)時(shí)鐘芯片
1.時(shí)鐘芯片的供電電源由兩個(gè)部分組成。首先，VCC供電是電路系統(tǒng)的主要電源，同時(shí)也是為單片機(jī)提供電力的來(lái)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(shí)，時(shí)鐘芯片會(huì)自動(dòng)啟用Vbat電池電源，以確保時(shí)鐘芯片內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)處理能夠繼續(xù)進(jìn)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(shí)鐘芯片內(nèi)部集成了對(duì)時(shí)間的“秒”、“分”、“時(shí)”、“日”、“周”、“月”和“年”進(jìn)行詳細(xì)計(jì)時(shí)的電路功能。這些電路能夠通過IIC通信方式將時(shí)間信息發(fā)送至單片機(jī)，從而使得單片機(jī)可以獲取高精度的時(shí)鐘信息。
3，精度是指時(shí)鐘芯片在正常的工作條件下，產(chǎn)生的時(shí)鐘誤差的多少。例如，美信的DS1338時(shí)鐘芯片的精度被控制在10 PPM（百萬(wàn)分之一），這可以換算成在一天24小時(shí)的情況下，誤差精度大約在0.8秒左右。這意味著，即使在長(zhǎng)期使用過程中，這款時(shí)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(jì)方案主要是針對(duì)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(cè)量等，由于對(duì)時(shí)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(shí)鐘頻率電路方案。
綜合來(lái)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(jī)電路項(xiàng)目的精度要求，而且研發(fā)設(shè)計(jì)成本相對(duì)較低，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。以上便是單片機(jī)常用的三種電路設(shè)計(jì)方案。
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