如何才能不死机之内外部时钟

wangwenxue

1.        前言

时钟是嵌入式系统中非常重要，但又常常被忽视的地方。它的成本只占整个系统的一个零头，但由于时钟的停振，或其它异常最终导致厂商付出高昂代价的案例却并不少见。下面我们看一下在时钟设计中应该注意的一些问题。

2.        寄存器配置

现在单片机一般会支持四种时钟工作模式：内部低频时钟，内部高频时钟，外部低频时钟，外部高频时钟。低频时钟一般可经由单片机内部的锁频环倍频到高频时钟。（为啥这么折腾，不直接用高频时钟呢？a. 用的最多的32.768 kHz 低频时钟，经过15此分频后正好是1 Hz，可以准确的计时。b. 低频时钟功耗更低。c. 提高EMC性能。在低频时钟被瞬间干扰掉几个振荡周期的情况下，锁频环 (FLL) 仍能保证输出稳定，程序运行不受影响。）

一般单片机上电后默认工作在内部时钟，需要通过寄存器配置切换到其它时钟模式。这里需要注意，通过查询监控寄存器状态确认时钟工作模式。在实际项目中确实发生过电路板上加了外部晶振，但由于寄存器配置错误，系统仍工作在内部时钟的情况。如果配置中有不同的增益模式 (High Gain, Low Gain, or High Drive, Low Drive)，要注意在不同模式下，单片机内部时钟电路对外部时钟具有不同的驱动能力。以STM32F030R8为例，在LSE 的Low Drive模式下，内部时钟电路的跨导为5uA/V。在LSE 的High Drive模式下，内部时钟电路的跨导为25uA/V。当然高的驱动能力对应着更高些的功耗。

3.        时钟精度

内部时钟一般由阻容振荡电路构成，精度相对要差一些。一般厂家出厂标定 (Trim, or Calibration) 后，全温度范围内能达到3-5% 的精度。如果我们基于内部时钟源去做串口通信等应用，要注意不能使用过高波特率，而且要考虑如果时钟在精度变得最差的情况下仍能正常工作，而不是仅仅在常温下进行一下简单的测试。如果实际工作电压与手册中的标定电压不同，还需要在烧写代码时重新做时钟的标定。

外部时钟以最常用的晶体振荡器 (Crystal Quartz) 为例。晶体并不是精确的振荡在标称频率上。如果需要高精度的计时，需要考虑其精度受以下几方面影响：
a.        标称公差 (Frequency Tolerance)。
b.        负载电容 (Load Capacitance)。如下图所示的例子为一个负载电容为12.5pF的晶体，当负载电容变化时其振荡频率偏差的随动特性：





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