工程師在開發一個電路系統，往往會需要用到中央處理器，比如單片機、FPGA、或者 DSP 等等；當然一些簡單的純硬件電路項目方案例外，如充電器、熱水壺等等。

作為單片機研發設計的項目，它的最小電路工作系統包含電源電路、復位電路、時鐘頻率電路；其中電源電路與復位電路，相信工程師都非常容易理解與設計。然而時鐘頻率電路，由于不同的開發項目功能需求不一樣，設計的方案選擇也不盡相同，很難得到有效的統一設計。

比如：

A 項目對研發成本要求較嚴格，功能較簡單；

B 項目電路系統需要與外界電路系統完成串口通信，通信數據要求不能出錯；

C 項目包含一個時鐘萬年歷功能，時間要求不能間斷而且精度要求高。

針對單片機的時鐘頻率電路，工程師依據不同的項目要求去設計與選擇匹配的方案，具體的選擇方案包含三類。

外部晶振方案

所謂外部晶振方案，是指在單片機的時鐘引腳 X1 與 X2 外部連接一個晶振。

單片機外部晶振圖

優點：時鐘頻率精度高，穩定性能好；對于一些數據處理能力要求較高的項目，尤其是多個電路系統彼此需要信息通訊，如包含 USB 通訊、CAN 通訊的項目，選用外部晶振的方案較多。

缺點：由于增加了外部晶振，所以研發的 BOM 表元器件成本增加擴大了。

內部晶振方案

所謂內部晶振方案，是指單片機利用內部集成的 RC 振蕩電路產生的時鐘頻率。

單片機內部晶振圖

優點：省去外部晶振，工程師可以有效的節約研發 BOM 元器件成本。

缺點：RC 振蕩電路產生的時鐘頻率精度比較低，誤差較大，容易引起一些高頻率通信的數據交互錯誤。

時鐘芯片方案

所謂時鐘芯片方案，是指在單片機外部加入一個專門處理時鐘的時鐘芯片，用來給單片機提供精準的時鐘信號。

單片機與時鐘芯片電路

優點：精度高，誤差小；適用于一些要求較高的電路項目。

缺點：電路設計復雜，工程師開發難度較高，研發 BOM 元器件成本高。

關于時鐘芯片的一些電路特性，以美信的 DS1338 型號為例說明：

DS1338 時鐘芯片

（1）供電

時鐘芯片的供電電源包含兩個部分：

VCC 供電，是指電路項目系統的電源，同時也是單片機的電源。

Vbat 供電，是指電池供電的電源，由于某種原因在 VCC 供電突然失去的條件下，時鐘芯片自動啟用 Vbat 電池電源，用以保持時鐘芯片內部的時鐘信號處理，不必因為電路系統電源 VCC 斷電而失去電路工作。

（2）功能

時鐘芯片內部集成時間的“秒”“分”“時”“日”“周”“月”和“年”詳細信息計時電路功能，通過 IIC 通信方式將時間的信息發送至單片機，單片機即可獲得高精度的時鐘信息。

（3）接口

時鐘芯片與單片機的接口是 IIC 通信接口，此接口方式為串口通信，工程師開發設計較為簡單，容易實現電路功能；

（4）精度

精度，是指時鐘芯片在正常工作條件下產生的時鐘誤差；例如美信的 DS1338 時鐘芯片精度控制在 10PPM，換算成一天 24 小時誤差精度在 0.8 秒左右。

（5）應用

時鐘芯片，一般用來處理精確計算時間的電路項目，如時間萬年歷。

結語

當然這三個方案都是針對一些工業與民用領域，如果涉及到航空航天應用領域，比如衛星導航與遙感測量等，則需要選擇更高精度的時鐘頻率電路，如原子鐘方案。
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