13、嵌入式系统中的定时操作与定时器详解

嵌入式系统中的定时操作与定时器详解

1. 嵌入式系统中的时钟信号

在嵌入式系统里，为避免逻辑门出现未定义状态，同步信号是必不可少的，而时钟信号就承担了这一重要职责。时钟信号的每个上升沿或下降沿都会触发操作，在这些边沿之间则不进行任何操作，如此一来，就能确保微控制器内的所有操作同步进行。

1.1 时钟信号源——振荡器

振荡器是一种能产生周期性方波的电子电路，这个方波就是我们所需的时钟信号。因此，需要时钟信号的嵌入式系统必然配备振荡器。振荡器有两个关键特性，即精度和响应时间。精度体现了时钟信号频率的精确程度，响应时间则表示振荡器达到稳定状态并产生所需频率时钟信号所需的时长。

振荡器主要分为两种类型：阻容（RC）振荡器和晶体振荡器。
- RC 振荡器 ：基本的施密特触发器 RC 振荡器的时钟信号频率由电阻（R）和电容（C）的数值决定。其工作原理是，当电容充电时，施密特触发器输出高电平；电容放电时，输出低电平，从而产生所需的周期性时钟信号。RC 振荡器常被用作微控制器的内部振荡器，因为其组件可融入硬件生产流程，使用时无需额外组件，成本低廉且响应速度快。不过，由于构建振荡器使用了无源组件，其精度较低，并且精度还会受温度和电源电压变化的影响。
- 晶体振荡器 ：晶体振荡器的时钟信号频率由晶体决定，晶体就像一个滤波器，只允许特定频率的信号通过。使用晶体振荡器时，除晶体和电容外的组件都集成在微控制器内部，但晶体无法内置，需作为外部单元添加到系统中。晶体振荡器响应时间相对较长，但精度远超 RC 振荡器。以图 6.3 为例，Q 代表石英晶体，它可简化为一个并联电容的 RLC 电路，