PIC單片機外部振蕩電路設計

晶振設計是單片機應用設計的重要環節之一，因此很有必要了解晶振電路的特點，組成以及如何選用相關電子元件。

PIC單片機有四種振蕩方式可供選擇，振蕩方式經配置寄存器CONFIG的F0SC1,F0SC0位加以選擇，並在EPROM編程時寫入。

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動。在晶體振蕩下，電阻RF≈10MΩ。對於32KHZ以上的晶體振蕩器，當VDD>4.5V時，建議C1=C2≈30PF。(C1：相位調節電容;C2：增益調節電容。)

表1：振蕩器類型選擇F0SC1F0SC0振蕩方式

00低功耗振蕩LP(Low Power)

01標準晶體振蕩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?

對於一個高可靠性的系統設計，晶體的選擇非常重要，尤其設計帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功耗)的系統。這是因為低供電電壓使提供給晶體的激勵功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一現象在上電複位時並不特別明顯，原因時上電時電路有足夠的擾動，很容易建立振蕩。在睡眠喚醒時，電路的擾動要比上電時小得多，起振變得很不容易。在振蕩迴路中，晶體既不能過激勵(容易振到高次諧波上)也不能欠激勵(不容易起振)。晶體的選擇至少必須考慮：諧振頻點，負載電容，激勵功率，溫度特性，長期穩定性。

2：如何判斷晶振是否被過分驅動?

電阻RS常用來防止晶振被過分驅動。過分驅動晶振會漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升。可用一台示波器檢測OSC輸出腳，如果檢測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鐘輸入需要，則晶振未被過分驅動;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，則晶振被過分驅動。這時就需要用電阻RS來防止晶振被過分驅動。判斷電阻RS值大小的最簡單的方法就是串聯一個5k或10k的微調電阻，從0開始慢慢調高，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晶元可以使用已集成在片內的振蕩器，亦可使用由TTL門電路構成的簡單振蕩器電路。當外接振蕩器時，外部振蕩信號)僅限於HS。XT。LP)從OSC1端輸入，OSC2端開路。

圖2所示的是典型的外部並行諧振振蕩電路，應用晶體的基頻來設計。74AS04反相器以來實現振蕩器所需的180°相移，4.7KΩ的電阻用來提供負反饋給反相器，10KΩ的電位器用來提供偏壓，從而使反相器74AS04工作在線性範圍內。

3：如何選擇電容C1，C2?

(1)：因為每一種晶振都有各自的特性，所以最好按製造廠商所提供的數值選擇外部元器件。(2)：在許可範圍內，C1,C2值越低越好。C值偏大雖有利於振蕩器的穩定，但將會增加起振時間。(3)：應使C2值大於C1值，這樣可使上電時，加快晶振起振。

圖2

圖3

圖4

RC振蕩：

RC振蕩適合於對時間精度要求不高的低成本應用。RC振蕩頻率隨著電源電壓VDD，RC值及工作環境溫度的變化而變化。同時由於工藝參數的差異，對不同晶元其振蕩器頻率將不同。另外，當外接電容CEXT值較小時，對振蕩器頻率的影響更大，當然，我們也應考慮電阻電容本身的容差對振蕩器頻率的影響。

圖4所示的是RC振蕩電路，如果REXT低於2.2KΩ，振蕩器將處於不穩定工作狀態，甚至停振。而REXT大於1M[時，振蕩器又易受雜訊、濕度、漏電流的干擾。因此，電阻REXT取值最好在3KΩ~100KΩ範圍內。在不接外部電容時，振蕩器仍可工作，但為了抗干擾及保證穩定性，建議接一20PF以上的電容。

PIC單片機片內有一4分頻電路，從OSC1/CLKIN引腳輸入或RC振蕩器產生的振蕩頻率fOSC經4分頻後從OSC2/CLKOUT引腳輸出4分頻信號，該信號可用於測試或作為其它邏輯電路的同步信號。

圖3所示的是典型的外部串列諧振振蕩電路，亦應用晶體的基頻來設計。74AS04反相器用來提供振蕩器所需的180°相移，330Ω的電阻用來提供負反饋，同時偏置電壓.

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