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一篇文章带你全面认识单片机的晶振

晶振全名叫晶体振荡器,是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。每个单片机系统里都有晶振,晶振是由石英晶体经过加工并镀上电极而做成的,主要的特性就是通电后会产生机械震荡,可以给单片机提供稳定的时钟源,晶振提供时钟频率越高,单片机的运行速度也就越快。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。下图是比较典型的晶振图片:

一、晶振的作用

      1、为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

      2、晶振与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

二、晶振电路原理

单片机一般采用三端式(考毕兹)交流等效振荡电路;实际的晶振交流等效电路中,其中Cv是用来调节振荡频率,一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现,这也是压控作用的机理;把石英晶体的等效电路代替晶体后。其中Co,C1,L1,RR是晶体的等效电路。单片机工作时,是一条一条地从RoM中取指令,然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间,称之为一个机器周期,这是一个时间基准。

分析整个振荡槽路可知,利用Cv来改变频率是有限的,决定振荡频率的整个槽路C=Cbe,Cce,Cv三个串联后和Co并联再和C1串联。可以看出:C1越小,Co越大,Cv变化时对整个槽路的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上,由于C1很小(1E-15量级),Co不能忽略(1E-12量级)。所以,Cv变大时,降低槽路频率的作用越来越小,Cv变小时,升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性,压控范围越大,非线性就越厉害;另一方面,分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小。采用泛音次数越高的晶振,其等效C1就越小;因此频率的变化范围也就越小。

三、内部晶振与外部晶振的区别

单片机的外部晶振稳定,受温度,湿度等环境因素影响比内部晶振小,精度比较高。而且当设计需要降低功耗时,比如说便携式仪表等,就需要外部晶振,因为内部晶振不能根据需要停止,而外部晶振可以适时停止,从而进入休眠状态,降低功耗。

而单片机的内部晶振一般不够准确,误差比较大。但单片机的内部晶振和外部晶振的作用都是一样的,给系统提供时钟。如果对频率要求不高的话(比如不涉及串口通信和精确定时等的话),用内部晶振就足够了,并且这样成本还低。

四、有源晶振和无源晶体振荡器的区别

无源晶体振荡器是晶体的一种,是一个有两个引脚的无极性元件。它需要一个时钟电路来产生振荡信号,所以不能自己振荡。它必须与外围电路相结合,形成一个输出特定频率信号的振荡器,这个振荡器需要电源。

有源晶振有四个引脚,一个电源,一个接地,一个信号输出,一个NC(空管脚)。是一个完整的振荡器。除了时间敏感晶体,还有晶体管和阻容元件,主要看你应用的电路。如果有时钟电路,用无源;否则,使用active。

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