单片机的各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准,一拍一拍地工作的。因此时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的可靠性和稳定性。下面介绍几种外部时钟电路设计。
1.外部晶振时钟产生方式
单片机内部有一个由反向放大器构成的振荡电路,芯片上的XTALl和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。只要在这两个引脚上跨接一个石英晶体振荡器(简称晶振)和两个微调电容就构成了内部方式的振荡器电路,由振荡器产生自激振荡,便构成一个完整的振荡信号发生器,如图2-19所示。图中晶振和电容组成并联谐振回路,晶振频率可以在5~35MHz之间选择。晶振的频率越高,则系统的时钟频率也就越高,单片机的运行速度也就越快。但是,单片机运行速度越快,对存储器的速度要求也就越高,对印制电路板的工艺要求也就越高,即要求线间的寄生电容要小。两个电容值在5~47pF之间选择,典型值为30pF或47pF。电容的大小可起到频率微调、稳定振荡器和起振快速性的作用。使用温度特性好的电容,可以提供温度稳定性。安装晶振和电容时,应尽量靠近单片机安装,以减小寄生电容,以便更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。
随着集成电路制造工艺的提高,STC15系列单片机的时钟频率也逐步提高,最大时钟频率可选用40MHz晶振。现在某些高速单片机芯片的时钟频率可达到80MHz以上。
2.外接时钟方式
外接时钟方式是采用外部振荡器脉冲信号输入,常用于多片单片机同时工作,以便实现多个单片机之间的同步。对外接振荡信号无特殊要求,只须保证脉冲宽度,一般采取12MHz以下的方波信号。(www.xing528.com)
采用外接时钟信号时,CMOS和HMOS型单片机的接入方式不同,图2-20是HMOS型外部方式的时钟电路:XTALl接地,XTAL2接外部振荡器,并通过XTAL2端输入到片内的时钟发生器上。由于XTAL2的逻辑电平不是TTL电平,因此,在实际应用中建议外接一个4.7~10kΩ的上拉电阻。CMOS型的外部时钟信号从XTAL1接入,XTAL2悬空。
图2-19 内部时钟电路
图2-20 外部时钟电路
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