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(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(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。
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(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；
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(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，可以被認為是相當精確的。
當然，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用領(lǐng)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(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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