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，F(xiàn)0SC0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(lái)防止晶振被過(guò)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）

　　原理及技術(shù)指標(biāo)

　　RC 振蕩器頻率是電源電壓、電阻（REXT） 、電容（CEXT）和工作溫度的函數(shù)。另外，由于正常的制造工藝參數(shù)的差異，每個(gè)器件的振蕩頻率也會(huì)有所不同。 而不同封裝的引線電容不同，也會(huì)影響振蕩頻率，特別是CEXT值較小時(shí)。

　　當(dāng)振蕩電阻的阻值低于2.2k 時(shí)，振蕩器工作可能變得不穩(wěn)定，或完全停止振蕩。振蕩電阻的阻值很高時(shí)（如1 M），振蕩器則易受噪聲、濕度和漏電流的干擾。因此，建議將振蕩電阻保持在3k 和100k 之間。在沒(méi)有外部電容（C = 0 pF）的情況下，振蕩器仍可工作，但考慮到噪聲和穩(wěn)定性等因素，建議使用一個(gè)大于20pF 的電容。

　　由于RC振蕩器中電阻、電容的離散性很大，因此，在有內(nèi)部RC振蕩器的單片機(jī)中，它的內(nèi)部RAM中都會(huì)有一個(gè)名為OSCCAL的校準(zhǔn)寄存器，通過(guò)置入不同的數(shù)值來(lái)微調(diào)RC振蕩器的振蕩頻率。

　　常見(jiàn)問(wèn)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?a target="_blank">供電電壓使提供給晶體的激勵(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(guò)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　2：如何判斷晶振是否被過(guò)分驅(qū)動(dòng)？

　　電阻RS常用來(lái)防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。過(guò)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(guò)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(guò)分驅(qū)動(dòng)。這時(shí)就需要用電阻RS來(lái)防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。判斷電阻RS值大小的最簡(jiǎn)單的方法就是串聯(lián)一個(gè)5k或10k的微調(diào)電阻，從0開(kāi)始慢慢調(diào)高，一直到正弦波不再被削平為止。通過(guò)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(jiǎn)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(kāi)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(lái)設(shè)計(jì)。74AS04反相器以來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩器所需的180°相移，4.7KΩ的電阻用來(lái)提供負(fù)反饋給反相器，10KΩ的電位器用來(lái)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。

　　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(lái)設(shè)計(jì)。74AS04反相器用來(lái)提供振蕩器所需的180°相移，330Ω的電阻用來(lái)提供負(fù)反饋，同時(shí)偏置電壓.