秒懂单片机晶振电路原理

1万 · 2021-12-15 13:19

本帖最后由 suncat0504 于 2021-12-15 13:59 编辑

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秒懂单片机晶振电路原理

谈及单片机，通常电子爱好者们会首先想到经典的51系列单片机。这个系列的单片机是单片机发展史上里程碑式的产品。与电脑里的CPU不同的是，单片机上集成了CPU、RAM、ROM，定时器、计数器、各种IO接口，可以说，单片机MCU是一种增强版的CPU。但无论如何增强，MCU和CPU都是要靠执行指令来实现机能的。而实现运转机能，就少不了一个东西，我们称之为时钟。借助于时钟的脉冲信号，系统计数并形成地址，系统从ROM中的指定地址处取得指令码，通过总线提供给中央处理器。中央处理器会根据指令执行各种机能。可以说，这个时钟就像刺激心脏、让我们心脏跳动的那个脉冲。没有这个时钟信号，MCU就不能进入工作状态，不能执行任何指令。

所以，当我们入手一片单片机的时候，往往会看到单片机上总是有两个管脚用来接晶振的，管脚名字一般为XTAL1和XTAL2。但现在有些单片机就没有这两个管脚，或者这两个管脚被复用为其它功能，也就是说，不需要接晶振的。为什么呢？因为设计厂家已经在芯片内部设置了替代外部晶振的电路，这个电路会给系统提供时钟脉冲。

在模拟电子计数中，我们经常遇到的是正弦波，而数字电路中的时钟脉冲的波形，就是我们口中的矩形波、方波。二者的波形图如下：

file:///D:/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg

正弦波

方波

对正弦波进行必要的整形处理后，也会得到[size=18.6667px]方波。

对我们这些电子计数爱好者而言，如果手里没有石英晶振，那么用电阻电容产生时钟脉冲，也是很容易办到的事情，例如如下电路：

事实上，由RC及芯片内的三极管等构成正反馈电路，形成振荡，产生正弦波，经过整形后，形成了方波。

所以说，在芯片内部使用RC电路搭建时钟振荡电路也是很容易的事情。但是和石英晶振振荡器比起来，由于电阻电容的精度问题，同时受到温度、湿度的影响，会导致RC振荡器的振荡频率会有误差。所以应尽可能使用晶振来提供时钟脉冲（之所以使用晶振搭建振荡电路，是利用了晶振的一个物理特性：在石英晶体板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振）。以晶振构成的振荡电路，如下图所示：