PIC單片機(jī)外部振蕩電路設(shè)計(jì)
晶振設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，因此很有必要了解晶振電路的特點(diǎn)，組成以及如何選用相關(guān)電子元件。
PIC單片機(jī)有四種振蕩方式可供選擇，振蕩方式經(jīng)配置寄存器CONFIG的F0SC1,F0SC0位加以選擇，并在EPROM編程時(shí)寫入。
晶體振蕩器/陶瓷振蕩器：
XT、LP、HS三種方式中，需一晶體或陶瓷諧振器連接到單片機(jī)的OSC1/CLKIN和OSC2/CLKOUT引腳上，以建立振蕩，如圖1所示。電阻RS常用來防止晶振被過分驅(qū)動(dòng)。在晶體振蕩下，電阻RF≈10MΩ。對(duì)于32KHZ以上的晶體振蕩器，當(dāng)VDD>4.5V時(shí)，建議C1=C2≈30PF。(C1：相位調(diào)節(jié)電容;C2：增益調(diào)節(jié)電容。)
表1：振蕩器類型選擇F0SC1F0SC0振蕩方式
00低功耗振蕩LP(Low Power)
01標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩XT(Crystal/Resonator)
10高速晶體振蕩HS(High Speed)
11阻容振蕩RC(Resistor/Capacitor
常見問題分析
1：如何選擇晶體?
對(duì)于一個(gè)高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，晶體的選擇非常重要，尤其設(shè)計(jì)帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功耗)的系統(tǒng)。這是因?yàn)榈凸╇婋妷菏固峁┙o晶體的激勵(lì)功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一現(xiàn)象在上電復(fù)位時(shí)并不特別明顯，原因時(shí)上電時(shí)電路有足夠的擾動(dòng)，很容易建立振蕩。在睡眠喚醒時(shí)，電路的擾動(dòng)要比上電時(shí)小得多，起振變得很不容易。在振蕩回路中，晶體既不能過激勵(lì)(容易振到高次諧波上)也不能欠激勵(lì)(不容易起振)。晶體的選擇至少必須考慮：諧振頻點(diǎn)，負(fù)載電容，激勵(lì)功率，溫度特性，長期穩(wěn)定性。
2：如何判斷晶振是否被過分驅(qū)動(dòng)?
電阻RS常用來防止晶振被過分驅(qū)動(dòng)。過分驅(qū)動(dòng)晶振會(huì)漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升？捎靡慌_(tái)示波器檢測(cè)OSC輸出腳，如果檢測(cè)一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合時(shí)鐘輸入需要，則晶振未被過分驅(qū)動(dòng);相反，如果正弦波形的波峰，波谷兩端被削平，而使波形成為方形，則晶振被過分驅(qū)動(dòng)。這時(shí)就需要用電阻RS來防止晶振被過分驅(qū)動(dòng)。判斷電阻RS值大小的最簡單的方法就是串聯(lián)一個(gè)5k或10k的微調(diào)電阻，從0開始慢慢調(diào)高，一直到正弦波不再被削平為止。通過此辦法就可以找到最接近的電阻RS值。
外部晶體振蕩器電路：
PIC芯片可以使用已集成在片內(nèi)的振蕩器，亦可使用由TTL門電路構(gòu)成的簡單振蕩器電路。當(dāng)外接振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào))僅限于HS。XT。LP)從OSC1端輸入，OSC2端開路。
圖2所示的是典型的外部并行諧振振蕩電路，應(yīng)用晶體的基頻來設(shè)計(jì)。74AS04反相器以來實(shí)現(xiàn)振蕩器所需的180°相移，4.7KΩ的電阻用來提供負(fù)反饋給反相器，10KΩ的電位器用來提供偏壓，從而使反相器74AS04工作在線性范圍內(nèi)。
3：如何選擇電容C1，C2?
(1)：因?yàn)槊恳环N晶振都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。(2)：在許可范圍內(nèi)，C1,C2值越低越好。C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會(huì)增加起振時(shí)間。(3)：應(yīng)使C2值大于C1值，這樣可使上電時(shí)，加快晶振起振。
圖2
圖3
圖4
RC振蕩：
RC振蕩適合于對(duì)時(shí)間精度要求不高的低成本應(yīng)用。RC振蕩頻率隨著電源電壓VDD，RC值及工作環(huán)境溫度的變化而變化。同時(shí)由于工藝參數(shù)的差異，對(duì)不同芯片其振蕩器頻率將不同。另外，當(dāng)外接電容CEXT值較小時(shí)，對(duì)振蕩器頻率的影響更大，當(dāng)然，我們也應(yīng)考慮電阻電容本身的容差對(duì)振蕩器頻率的影響。
圖4所示的是RC振蕩電路，如果REXT低于2.2KΩ，振蕩器將處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)，甚至停振。而REXT大于1M[時(shí)，振蕩器又易受噪聲、濕度、漏電流的干擾。因此，電阻REXT取值最好在3KΩ~100KΩ范圍內(nèi)。在不接外部電容時(shí)，振蕩器仍可工作，但為了抗干擾及保證穩(wěn)定性，建議接一20PF以上的電容。
PIC單片機(jī)片內(nèi)有一4分頻電路，從OSC1/CLKIN引腳輸入或RC振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率fOSC經(jīng)4分頻后從OSC2/CLKOUT引腳輸出4分頻信號(hào)，該信號(hào)可用于測(cè)試或作為其它邏輯電路的同步信號(hào)。
圖3所示的是典型的外部串行諧振振蕩電路，亦應(yīng)用晶體的基頻來設(shè)計(jì)。74AS04反相器用來提供振蕩器所需的180°相移，330Ω的電阻用來提供負(fù)反饋，同時(shí)偏置電壓.
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編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-19
