振荡器

振荡器

中颖公司SH6xxx系列单片机提供多种振荡器类型为系统提供系统时钟信号源，是整个系统运行的引擎。振荡器类型，有石英晶体谐振器（Crystal），陶瓷谐振器（Ceramic），阻容振荡器（RC），芯片内建振荡器（internal RC）和外部输入时钟(External clock)等。如此多种类的振荡器可以方便用户在实际应用中自主选择最适合的振荡器。

中颖单片机的工作频率是振荡器频率的1/4，例如用4MHz的晶振时，单片机内部工作频率为1MHz。

1.石英晶体谐振器（Crystal）和陶瓷谐振器（Ceramic）

石英晶体谐振器（Crystal）和陶瓷谐振器（Ceramic）是单片机最常用（标准）的时钟源。中颖公司SH6xxx系列单片机提供OSCI和OSCO管脚用于连接驱动外部石英晶体谐振器和陶瓷谐振器。

如图1-1所示：

图1-1 Crystal/Ceramic 振荡器示意图

中颖公司对不同频率范围的振荡器提供不同的增益以获得最佳的振荡效果。在实际开发过程中，用户需要注意选用的振荡器的频率范围，在填写掩膜(MASK)相关的查检表格(checklist)和烧写OTP时，按相应的频率范围选择项进行选择即可，十分方便。

在石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的应用中，需要注意负载电容的选择。不同厂家生产的石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的特性和品质都存在较大差异，在选用时，要了解该型号振荡器的关键指标，如等效电阻，厂家建议负载电容，频率偏差等。在实际电路中，也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态。示波器在观察振荡波形时，观察OSCO管脚(Oscillator output)，应选择100MHz带宽以上的示波器探头，这种探头的输入阻抗高，容抗小，对振荡波形相对影响小。（由于探头上一般存在10～20pF的电容，所以观测时，适当减小在OSCO管脚的电容可以获得更接近实际的振荡波形）。工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波，峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%，可适当减小OSCI及OSCO管脚上的外接负载电容。反之，若峰峰值接近电源电压且振

荡波形发生畸变，则可适当增加负载电容。

用示波器检测OSCI(Oscillator input)管脚，容易导致振荡器停振，原因是：部分的探头阻抗小不可以直接测试，可以用串电容的方法来进行测试。

如常用的4MHz石英晶体谐振器，通常厂家建议的外接负载电容为10～30pF

左右。若取中心值15pF，则C1，C2各取30pF可得到其串联等效电容值15pF。同时考虑到还另外存在的电路板分布电容，芯片管脚电容，晶体自身寄生电容等都会影响总电容值，故实际配置C1，C2时，可各取20～15pF左右。并且C1，C2使用瓷片电容为佳。

另外，工作电压和环境温度对振荡也存在影响，温度降低及电压降低都会使振荡减弱。所以，在设计定型时，要对最差环境进行考虑，保证电路对环境的兼容性。

2.外部阻容振荡器（RC）

外部阻容振荡器（RC）通过单片机的OSCI管脚外接电阻形成时钟电路，成本低，但相对来讲其振荡频率漂移范围较大。

如图1-2所示：

图1-2外部阻容振荡器示意图

其中，OSCI管脚处对地所接电容是用于滤除电源噪声（不参与振荡），可以增强时钟频率的稳定性。选用的振荡电阻（R OSC）值可以在对应的中颖单片机规格书中的振荡频率与振荡电阻的关系图（R-F）中查到，如图1-3所示为SH69P25的R-F参考图。在应用阻容振荡器（RC）时应该注意电源的波动对工作频率的稳定度的影响。供电电路自身产生的抖动和电路输出功率的剧烈变化等都会造成电源的波动。另外，阻容振荡器（RC）的一致性较差，同样阻值的振荡电阻（R OSC）在不同单片机上会获得不同的频率。在大批量产时，RC振荡频率的一致性控制困难，所以对工作频率有一定要求的设计应避免使用。

图1-3振荡频率与振荡电阻的关系(SH69P25)

3.芯片内建阻容振荡器（internal RC）

中颖单片机还提供芯片内建振荡器（internal RC）。这种振荡器完全在芯片内部实现振荡功能，无需任何外部组件。所以在有些芯片中OSCI和OSCO管脚可以复用为I/O端口，可以最大程度对管脚资源加以利用。其内建振荡器的工作频率都是固定的，一般有2MHz，4MHz，6MHz和8MHz可选。内建振荡器（internal RC）的频率稳定度和一致性要高于外部阻容振荡器RC，某些芯片频率范围可以控制在2%～3%以内，比如SH67P33C、SH66P51。此类振荡器被广泛应用于红外遥控器设计中，其频率漂移完全满足红外遥控载波的频漂规范。

4.外部输入时钟(External clock)

中颖单片机还可以通过OSCI管脚直接输入外部时钟信号作为工作时钟。外部时钟源可以是有源晶振,外部谐振时钟或其它单片机提供时钟。频率范围为

30KHz～ 8MHz。

5.双时钟振荡器单片机的使用

双时钟振荡器的类型和作用

部分中颖单片机包含两个振荡器（双时钟），其低频振荡器用于长时间计时和待机时LCD的显示，高频时钟用于执行需要快速执行的操作。双时钟的设计可以使产品在绝大多数的待机时间内，用最低的工作频率来维持必要的LCD显示输出、

计时等功能，同时获得较低的功耗，使电池的使用寿命得到最大程度的延长。

中颖单片机的双时钟由低频时钟（OSC）和高频时钟（OSCX）组成,如图1-4。

低频时钟（OSC）是一个在低频条件下工作的振荡器，低频振荡器一般有低频晶体（典型值32.768kHz），RC（典型值131kHz）振荡器等等，如果同时含有，一般由代码选项选择。

高频时钟（OSCX）是为高频操作设计的。一般提供的类型有：陶瓷振荡器 (典型值455KHz～4MHz)，石英晶体谐振器(典型值2MHz～8MHz)，外部RC振荡器

(2MHz～8MHz)或内建RC振荡器 (2MHz，4MHz，6MHz或8MHz) ，如果同时含有，同样由代码选项决定。

单片机通过软件控制寄存器完成高/低工作频率之间的相互切换，以达到在高频时钟下进行高速运算处理，在低频时钟下获得较低维持功耗的目的。

双时钟单片机在上电复位后，低频OSC首先开始振荡，并自动为系统提供时钟，同时OSCX为关闭状态。

在WDT复位初始化后，低频OSC振荡器打开而高频OSCX振荡器保持复位前的状态。

图1-4 双时钟振荡器框图

低频时钟振荡器OSC可以为CPU及其周边设备(LCD液晶驱动)提供基本时钟脉冲。而高频时钟振荡器OSCX可以由软件或代码选项选择为陶瓷振荡器或RC振荡器作为CPU高频工作时的时钟。

如果芯片中硬件包含OSCX振荡器而实际应用中不使用，必须将其在代码选项中选择为陶瓷谐振器并将OSCXI接地，避免引脚悬空导致漏电。

双时钟振荡器的控制

双时钟振荡器的控制寄存器结构如下所示:

地址 第3位 第2位 第1位 第0位

$xx OXM OXON

其中：