10、微处理器硬件设计全解析

微处理器硬件设计全解析

1. 微处理器时钟相关

在微处理器设计中，晶体和陶瓷谐振器的选择是一个关键问题。多数微控制器和许多微处理器都有内部振荡器，常是高增益反相放大器级。晶体与外部电容 C1 和 C2 相连构成振荡器，这种晶体振荡器被称为皮尔斯振荡器（Pierce oscillator）。

• 负载电容 ：C1 和 C2 用于使振荡器启动，通常取值在 20pF 到 100pF 之间。并联谐振晶体有特定的负载电容，理想情况下，电路的负载电容应与晶体指定的负载电容匹配。电路负载电容计算公式为：
  [C_{load}=\frac{C_1\times C_2}{C_1 + C_2}+C_s]
  其中 (C_s) 是电路中的杂散电容，通常约为 5pF。例如，若晶体指定负载电容为 30pF，C1 和 C2 各约为 50pF。不过，C1 和 C2 的最佳值是频率稳定性和启动时间之间的权衡。若 C1 和 C2 太大，振荡器无法启动；若太小，理论上振荡器也无法启动，但杂散电容有时能使其工作。
• 串联与并联晶体 ：微处理器晶体有串联和并联两种基本类型。串联晶体用于无电抗元件（无 C1 或 C2）的电路，并联晶体用于有这些元件的电路。对于嵌入式应用，并联晶体在安装于反相电路（如特定示例电路）时达到谐振频率，串联晶体用于非反相放大器电路。串联晶体可用于并联电路，反之亦然，但频率会有大约 0.02% 的偏差。
• 皮尔斯晶体振荡器稳定性 ：皮尔斯晶体振荡器的稳定性通常在 0.1% 左右，对于许多应用来说足够准确，但对于需要精确计时的应用则不够，0