Тактовые генераторы МК

4.8. Тактовые генераторы МК

Современные МК содержат встроенные тактовые генераторы, которые требуют минимального числа

внешних времязадающих элементов. На практике используются три основных способа определения

тактовой частоты генератора: с помощью кварцевого резонатора, керамического резонатора и внеш-

ней RC-цепи.

Типовая схема подключения кварцевого или керамического резонатора приведена на рис. 4.9а.

Рис. 4.9. Тактирование с использованием кварцевого или керамического резонаторов (а) и с использованием

RC‐цепи (б).

Кварцевый или керамический резонатор Q подключается к выводам XTAL1 и XTAL2, которые

обычно представляют собой вход и выход инвертирующего усилителя. Номиналы конденсаторов C1

и C2 определяются производителем МК для конкретной частоты резонатора. Иногда требуется

включить резистор порядка нескольких мегаом между выводами XTAL1 и XTAL2 для стабильной

работы генератора.

Использование кварцевого резонатора позволяет обеспечить высокую точность и стабильность так-

товой частоты (разброс частот кварцевого резонатора обычно составляет менее 0,01%). Такой уро-

вень точности требуется для обеспечения точного хода часов реального времени или организации

интерфейса с другими устройствами. Основными недостатками кварцевого резонатора являются его

низкая механическая прочность (высокая хрупкость) и относительно высокая стоимость.

При менее жестких требованиях к стабильности тактовой частоты возможно использование более

стойких к ударной нагрузке керамических резонаторов. Многие керамические резонаторы имеют

встроенные конденсаторы, что позволяет уменьшить количество внешних подключаемых элементов

с трех до одного. Керамические резонаторы имеют разброс частот порядка нескольких десятых до-

лей процента (обычно около 0,5 %).

Самым дешевым способом задания тактовой частоты МК является использование внешней RС-цепи,

как показано на рис. 4.9б. Внешняя RC-цепь не обеспечивает высокой точности задания тактовой

частоты (разброс частот может доходить до десятков процентов). Это неприемлемо для многих при-

ложений, где требуется точный подсчет времени. Однако имеется масса практических задач, где

точность задания тактовой частоты не имеет большого значения.

Зависимость тактовой частоты МК от номиналов RC-цепи зависит от конкретной реализации внут-

реннего генератора и приводится в руководстве по применению контроллера.

Практически все МК допускают работу от внешнего источника тактового сигнала, который подклю-

чается ко входу XTAL1 внутреннего усилителя. При помощи внешнего тактового генератора можно задать любую тактовую частоту МК (в пределах рабочего диапазона) и обеспечить синхронную ра-

боту нескольких устройств.

Некоторые современные МК содержат встроенные RC или кольцевые генераторы, которые позволя-

ют контроллеру работать без внешних цепей синхронизации. Работа внутреннего генератора обычно

разрешается путем программирования соответствующего бита регистра конфигурации МК.

В большинстве моделей МК частота времязадающего элемента (резонатора или RC-цепи) и частота

тактирования fBUS жестко связаны коэффициентом деления встроенного делителя частоты. Поэтому

изменение частоты программным путем не представляется возможным. Однако ряд последних се-

мейств МК (например, HC08 фирмы Motorola) имеют в своем составе схему тактирования, основан-

ную на принципе синтезатора частоты с контуром фазовой автоподстройки (PLL — phase loop lock).

Такая схема работает как умножитель частоты и позволяет задавать тактовую частоту с помощью

низкочастотного кварцевого резонатора, что снижает уровень электромагнитного излучения МК. Ко-

эффициенты деления контура PLL могут быть изменены программным путем, что позволяет снизить

тактовую частоту (и, соответственно, потребляемую мощность) в промежутки времени, когда высо-

кое быстродействие не требуется.

В некоторых МК семейства AVR фирмы Atmel тактовая частота контроллера, задаваемая внутренней

RC-цепью, также может изменяться программными средствами.