¿Cuál es el propósito de conectar un oscilador de cristal a su microcontrolador? ¿Por qué no puedo usar el oscilador interno en sí?

En primer lugar, el propósito de conectar el oscilador de cristal al microcontrolador es que requiere pulsos de reloj para su funcionalidad. Para cada instrucción que busca, decodifica, ejecuta y almacena, el procesador requiere pulso de reloj.

Ahora hay dos razones por las cuales no podemos preferir usar un oscilador interno:

1. El oscilador RC interno está limitado a cierta velocidad, por lo que para alcanzar una mayor velocidad se requiere un oscilador externo.
2. El nivel de ruido del oscilador RC interno es más alto que el oscilador externo.

Para la mayoría de los propósitos, el oscilador interno es lo suficientemente preciso, especialmente si se corta con láser en la fabricación. En los AVR, por ejemplo, la hoja de datos afirma que la calibración de fábrica está dentro del 10%, pero en una gran cantidad de muestras que he usado resulta ser mejor que el 2%, y si es necesario, se puede recortar en el software para mejorar de 0.5%. Obviamente, eso no funcionará para un reloj en tiempo real, pero para las comunicaciones en serie asíncronas como RS232 (la aplicación sensible a la frecuencia más común) solo es necesario estar dentro del 4%. La frecuencia se desplazará un poco con el voltaje y la temperatura de suministro, pero para la gran mayoría de las aplicaciones es lo suficientemente buena. Sin embargo, para algo como USB, se necesita más precisión, y para eso normalmente se necesita un cristal externo *. Un cristal tendrá una precisión superior al 0.05% sin recortar y no se desplazará significativamente con los cambios normales de temperatura.

* Tenga en cuenta que ahora hay algunos chips USB especializados que tienen un reloj interno suficientemente preciso que no necesitan un cristal.

Lo he explicado en mi blog.

enlace: todo lo que necesita saber sobre los osciladores de cristal

• Aplicación de osciladores de cristal en 8051 mirco-controller
  Como sabemos que el microcontrolador 8051 funciona con la ayuda de ciclos de máquina.
  Un ciclo de máquina es el tiempo requerido para la ejecución de una sola instrucción 8051.
  8051 tiene un oscilador en chip. por lo tanto, requiere un oscilador de cristal externo que decida
  la frecuencia de funcionamiento del 8051. por lo tanto, un oscilador de cristal está conectado entre
  el pin no. 18 y pin no. 19 junto con condensadores.

Los osciladores de cristal no están integrados en los circuitos integrados porque no pueden fabricarse fácilmente con procesos de circuitos integrados y el tamaño es físicamente mucho mayor que los circuitos de circuitos integrados.

Si bien los osciladores RC incorporados en algunos de los procesadores son adecuados para los procesadores de baja tecnología, los procesadores de reloj rápido de alta tecnología y los arreglos de compuerta generalmente requieren osciladores de cristal por su estabilidad en el ruido de fase y la fluctuación de fase que hace que la conmutación sea mucho menos predecible / confiable.

Alguien mencionó que los osciladores de cristal son demasiado ruidosos (?????) No estoy seguro de eso, ya que los controladores a menudo están en los chips.

La estabilidad RC rara vez puede ser mejor que un par de por ciento y bastante pobre con la temperatura. Mientras que los osciladores de cristal son típicamente 0,001% para la variedad de jardín y pueden ser mucho mejores por muy poco costo adicional.

Supongamos que estamos utilizando un oscilador RC interno, ¿qué sucederá?
Con el aumento de la temperatura, el comportamiento del oscilador RC también cambiará y esto conducirá a un cambio en la frecuencia. Por eso utilizamos un oscilador de cristal externo.

Los osciladores de cristal, aunque muy precisos, en general producen mucho ruido. Por lo tanto, no es aconsejable construirlos dentro de un IC. La salida bruta de estos osciladores de cristal se debe filtrar utilizando condensadores para suavizarlos, lo cual es un gran problema dentro de un circuito integrado.

Según tengo entendido, el factor de calidad del oscilador de cristal es mucho más que en comparación con el oscilador RC (oscilador interno), es decir, un ruido de fase mucho menor y una variación mucho menor en la frecuencia de salida. Entonces, si necesitamos precisión de tiempo, tenemos que usar el oscilador Crystal en lugar del oscilador interno.

Simplemente porque los osciladores internos no son tan precisos.
Los osciladores externos son más precisos y finamente ajustados para la frecuencia exacta.
Aunque puedes usar un oscilador interno, las cosas no funcionan tan bien como te gustaría …

Los osciladores internos son generalmente osciladores rc que se desplazarán a medida que el procesador se caliente. así que no es bueno para las operaciones de sincronización

entonces se utilizan osciladores de cristal. Estos son más precisos. También los cristales piezoeléctricos no muestran una gran deriva como lo muestra el oscilador rc

si desea más estabilidad y una sincronización más precisa como Intel CPU, use TXCO

más operaciones mejores requieren relojes nucleares como el reloj rubidiam en redes móviles GSM

Una de las razones clave por las que siempre usé osciladores de cristal externos fue que cualquier lógica de soporte debía ser predecible sincrónicamente para interactuar adecuadamente con el procesador. Mientras que algunos dispositivos (dispositivos lentos) funcionarían bien, otros fallarían a medida que variara el reloj de la CPU. Funciona para escaneo de teclado, y tal. No tanto para diseños que usan chips seriales como UARTS y otros.

Los circuitos internos RLC recortados con láser de hoy en día son lo suficientemente precisos para 480Mbs USB. La razón principal para usar un cristal en una MCU es para realizar un seguimiento de los días durante largos períodos de tiempo. Cuando tiene un reloj inexacto, con el tiempo, las diferencias de tiempo se suman. ¿La imagen en su reloj tenía un 2% de descuento? En un período de un año, ¿cuántos días de descanso tiene? 2% de 365 es 7.3 días. Eso es bastante Incluso con una precisión del 0.05% (la de un cristal cortado con láser), aún tiene que reajustar el reloj cada 5 años y medio.

Si necesita precisión de tiempo, use un cristal. Si no lo hace, guarde las piezas y use el oscilador interno.

Es posible que necesite precisión de temporización si está haciendo modulación pwm, o cronometrando algún evento de alta precisión, o si está digitalizando algo como el sonido que necesita frecuencias de muestreo precisas para evitar la distorsión, etc.

Si su microcontrolador está haciendo una función simple que no le importa la precisión del tiempo, entonces no necesita un oscilador de cristal.

El oscilador interno es un oscilador RC inestable que tiene una frecuencia impredecible y se desplaza mucho. Eso está bien para muchas aplicaciones pero no para otras. Un cristal estabiliza muy bien la frecuencia con una precisión de una parte en diez mil o más.

Puede leer este artículo para saber sobre el trabajo, el uso y las aplicaciones del cristal de cuarzo.

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