“超频” AVR

在“ AVR数据表”的“电气特性”部分下，您通常会找到如下图（此图来自ATMega328）：

我见过的设计似乎可以“工作”，但可以在阴影包围的信封之外工作。具体来说，我看过3.3V（Arduino）设计可通过外部16MHz晶振运行时钟。显然，这是不合规格的。在这个范围之外奔跑会带来哪些实际的负面后果？

如何使生活更有趣101：

• 如果你不在乎

  您的结果有时可能是错误的，
  您的系统有时可能会崩溃，
  您的生活可能会更有趣，
  您的Segway克隆只是偶尔出于没有明显原因的原因而进行面部装饰
  ，...

  然后一定要运行超出制造商规格的零件

您得到了您不需要支付的东西。
如果您的头部是10美元，请购买10美元的头盔。

它可能经常起作用。
有时可能无法正常工作。
有时它不起作用可能并不明显。

• 通常可能会产生鸿沟
• 通常可能会出现跳跃。
• 可以正确查找表。

• ADC值可能正确。

  或不

  

在这种速度下，大多数处理器的工作方式是：计算某个时钟周期所需的所有信号，在稳定时等待下一个时钟沿，锁存所有这些信号并计算下一个时钟周期所需的信号，在这些信号稳定之前等待该沿，等等。如果在必要的信号稳定之前到达时钟沿，结果将是未稳定地锁定任何未稳定的信号。如果在微控制器中发生这种情况，则影响可能是不可预测的-至少有两个原因：

1. 在许多情况下，执行速度受到处理器从中读取代码的闪存阵列的响应时间的限制。如果处理器运行得太快，偶尔会在这里或那里误读一些位，则很容易导致处理器执行与预期完全不同的代码。在许多程序中，即使是一次单位误读也会从根本上改变行为。尝试对这种情况下可能发生的情况进行预测几乎是不切实际的。在某些情况下，最好的办法是“装甲”程序的某些部分，以使错误的执行变得不可能。例如，一个人可能会一直保持对EEPROM的保护，直到想写它为止，然后再使用类似以下的代码：

   uint32_t eep_checksum，eep_addr，eep_data;
   
   ＃定义EEPROM_WRITE（地址，数据，谓词）\
     eep_checksum = 0xC0DEFACE，eep_addr =（地址），eep_data =（数据），\ 
     eep_checksum + = eep_addr + eep_data，（（谓词||| HARD_CRASH（）），\
     eep_checksum + =（0xCAFEBABE-C0DEFACE），eep_do_write（）
   
   无效eep_do_write（void）
   {
     ENABLE_EEPROM_WRITE_HARDWARE（）;
     如果（eep_checksum！= eep_addr + eep_data + 0xCAFEBABE）
     {
       DISABLE_EEPROM_WRITE_HARDWARE（）;
       HARD_CRASH（）;
     }
     DO_EEPROM_WRITE（）;
     DISABLE_EEPROM_WRITE_HARDWARE（）;
   }  
   

   除非在加载地址和数据之前执行“ eep_checksum = 0xC0DEFACE”，否则eeprom_write例程极不可能尝试写入数据。执行该操作后，将在将校验和调整为适当值并调用eeprom_store例程之前，对谓词进行有效性检查。
2. 除了执行错误代码所带来的明显风险外，潜在的随机行为的另一个来源是亚稳定性。通常，在任何周期，每个触发器都会锁存高电平或低电平。但是，如果触发器的输入随时钟的到来而改变，则它可能会在任意持续时间内输出奇怪的东西，这些东西可能会以任意方式在高低之间任意切换，直到下一个时钟周期为止。触发器下游的某些设备完全有可能将其视为“高”，而其他设备则将其视为“低”。通常，处理器依赖于许多设备来达成共识。如果在执行“不等于则减少并分支”指令时，某些电路认为应采用分支，而其他电路则不这样做，

制造商为处理器指定操作参数，以便在这些参数内，处理器将正常工作。将东西推到信封外面可能会使处理器的可靠性降低到99.9999999。这听起来可能不太邪恶，但是尝试诊断处理器每分钟左右（在16MHz频率下）一次任意出错的现象就没有意思了。

您问题的简化答案：

在“安全速度范围”之外工作可能会导致系统工作不稳定。那意味着什么？计算结果错误，微控制器复位等

如果您只是想娱乐一下，请查看以下页面/文章：

利用液氮冷却对Arduino超频。20⇒65.3Mhz@ -196°C / -320°F

ATmega328超频（30MHz）

尚未提及的一个考虑因素是散热，这与在无效电压范围（3.3V，16MHz）下的有效频率下工作无关，而与在有效电压范围（5V，24MHz）上的无效频率下工作有关。

每当芯片中的门打开或关闭时，它都会散热。由MOSFET组成的栅极在导通和关断或关断和导通之间的时间段内就像可变电阻。该电阻器当然会散热。切换的频率越高，切换之间的时间就越少，以至于热量从芯片中散发出去，您就有可能积聚热量。

因此，您运行得越快，就会产生更多的热量。这就是为什么PC CPU上有大风扇的原因-它们的切换速度如此之快，以至于不能以足够快的速度从芯片散发热量，因此需要帮助。

选择芯片的最高额定速度，以允许芯片在有效的工作条件下（例如，环境温度，例如，最高温度通常为85°C或105°C）可靠地散发热量。超过该频率可能会导致芯片过热。

是的，如果您提供一些帮助（例如，散热器和风扇，并确保周围有良好的气流），则可以比预期的速度更快地运行芯片。但是，当然，在夏天温暖的一天里，您可能会发现整个冬天工作正常的设备突然开始做奇怪的事情。

要考虑的另一件事是摆率。时钟信号（以及其他信号）需要花费一些时间才能上升或下降到所需的水平。如果芯片内部意味着时钟信号需要15ns才能从LOW上升到HIGH，然后尝试以HIGH周期为42ns（24MHz）的频率为其提供时钟，则仅剩下27ns的有效时钟剩余期限。实际上只有64％的时钟是时钟信号-其余部分都是垃圾。IO引脚也一样。诸如SPI时钟输出之类的事情将受到IO引脚的压摆率的限制，因此，如果您对芯片进行超频以获得更快的SPI，您会发现事情并非总是按计划进行，因为您希望时钟输出产生漂亮的方波不再是正方形了。

该设备可能无法在某些电压/温度组合下工作。