MCU的几种时钟电路方案分享

我们工程师在开发电子系统的时候，经常会使用到各种各样的处理器，比如微控制器（如MCU）、可编程逻辑设备（比如FPGA）还有数字信号处理器（比如DSP）。但是，对于一些比较简单的硬件电路设计方案，比如充电器或者热水壶等等，我们则不会使用到处理器。

我们在单片机MCU开发设计的项目当中，首先有最小的电路工作系统。它包括电源电路、复位电路以及时钟电路。对于电源电路还有复位电路，相信我们工程师常常很容易理解和设计。

但是，对于时钟电路，因为不同的开发项目，它的功能需求是不同的，因此设计方案的选择也是各不相同，所以很难得到一个通用而且有效的设计方案。还有，时钟频率电路的设计通常还需要考虑单片机的类型、性能需求、成本预算等这些因素，这些都加剧了设计难度和灵活性。所以，我们工程师要根据具体项目的需求还有限制来选择一个最合适的时钟频率电路设计方案。例如：

第一个，这个项目对研发成本的控制比较严格，但是要求功能简洁不复杂。

第二个，这个项目需要电路系统与外部系统的通信是通过串口通信进行数据传输，且不能出现任何错误。

第三个，这个项目里面有一项重要的功能是具备一个时钟万年历，所以要求时间连续且精确度极高，而且不能出现任何间断或误差。

因此单片机的时钟电路，我们将会依据不同的项目需求去设计与选择相匹配的方案；具体的方案基本包含三类。

1.外部晶振

外部晶振方案它指的是在单片机的时钟引脚X1和X2处，我们通过连接一个晶体振荡器来获得时钟信号。这种方式便可以实现更高的时钟信号精度还有稳定性，但时需要占用额外的电路板空间，而且增加一定的成本。

它的优势在于：

精度高，稳定性好，有利于保证数据处理的准确性还有系统的正常运行。

对于一些需要多个电路系统进行信息通讯，比如涉及USB通讯、CAN通讯等比较复杂的项目，选用外部晶振方案能够更好地满足数据处理和通讯需求。

但是，这种设计方案也存在一些缺点：

研发的物料清单中的元器件数量增加，因而增加了整个项目的成本和制造成本。

外部晶振的引入也会增加电路板的复杂性还有设计难度，需要我们更多的调试和测试工作来保证其正常工作。

2.内部晶振

内部的晶振方案，它是指单片机的内部集成的RC振荡电路来产生的时钟频率；

内部晶振的设计方案

它的优点是：省去了外部晶振，因此工程师可以很有效的节约掉研发BOM元器件成本；

但是它的缺点是：RC振荡电路产生的时钟频率精度很低，误差会较大，进而容易引起一些高频率通信的数据交互错误等问题；

3.时钟芯片

所谓的时钟芯片，它是指在单片机外部专门加上一个处理时钟的芯片，来给单片机提供非常精准的时钟信号；比如常见的美信的DS1338这个型号时钟芯片

1.时钟芯片的供电电源由两个部分组成。首先，VCC供电是电路系统的主要电源，同时也是为单片机提供电力的来源。其次，Vbat供电是指电池电源，当由于某种原因VCC供电突然失去时，时钟芯片会自动启用Vbat电池电源，以确保时钟芯片内部的时钟信号处理能够继续进行，避免因电路系统电源VCC断电而导致电路停止工作。

2，时钟芯片内部集成了对时间的“秒”、“分”、“时”、“日”、“周”、“月”和“年”进行详细计时的电路功能。这些电路能够通过IIC通信方式将时间信息发送至单片机，从而使得单片机可以获取高精度的时钟信息。

3，精度是指时钟芯片在正常的工作条件下，产生的时钟误差的多少。例如，美信的DS1338时钟芯片的精度被控制在10 PPM（百万分之一），这可以换算成在一天24小时的情况下，误差精度大约在0.8秒左右。这意味着，即使在长期使用过程中，这款时钟芯片产生的误差也非常小，可以被认为是相当精确的。

当然，以上提到的三种设计方案主要是针对工业与民用领域。若涉及到航空航天应用领域，如卫星导航和遥感测量等，由于对时间和频率的精度要求极高，因此通常需要选择原子钟等更高精度的时钟频率电路方案。

综合来看，目前工程师使用较多的是内部晶振方案。这种方案不仅满足了绝大多数单片机电路项目的精度要求，而且研发设计成本相对较低，具有很好的经济效益。以上便是单片机常用的三种电路设计方案。