2021-09-011---单片机之晶振篇
参考链接:http://mcu.eetrend.com/content/2019/100045521.html
1.什么是晶振?
晶振,一般我们指的是石英晶体振荡器,是一种高精度和高稳定度的振荡器。
通过一定的外接电路来,可以生成频率和峰值稳定的正弦波。
2.晶振对单片机的作用?
在单片机的最小系统一般有时钟电路,晶振是时钟电路的组成部分。
时钟电路产生脉冲信号。
单片机在运行的时候,需要一个脉冲信号,作为自己执行指令的触发信号,可以简单的想象为:单片机收到一个脉冲,就执行一次或多次指令,这也就是所谓的心跳。
3.硬件上,晶振电路的实现?
如上图是51单片机晶振的典型应用电路,一般晶振旁边会带两个30pf或者20pf的电容,这个电容叫做负载电容。
为什么要加电容?这涉及到晶振的应用原理。首先说一下结论,这两个电容是负载电容,不加也行,只是会影响振荡频率的准确性,所以最好加上。
晶体发生谐振后,会呈现为纯电阻,即谐振阻抗。
如果时钟电路中有电容,即负载电容时,那么加了电容的振荡电路的谐振频率为有载谐振频率。在有载谐振中,谐振电阻一般会与负载电容呈反比例关系。也就是说负载电容越小,电路的谐振阻抗越高,就越不容易起振,输出波形幅度就越小。
在不加负载电容的电路中,仍然有一些杂散电容,这些杂散电容会被视为晶体的负载电容,由于这些杂散电容一般都很小,且不稳定,这就造成晶体振荡频率不稳定,且谐振阻抗增高,导致晶振不容易起振。
假设晶体的谐振频率为Fr,而加了电容的谐振频率为有载谐振频率我们设为FL,则晶体谐振频率Fr与晶体有载谐振频率FL的关系是:FL=Fr + TsCL,其中Ts为晶体的牵引量,单位为ppm/pF。CL为晶体的负载电容,即晶体旁边加的那个电容,单位为pF。
有杂散电容存在,那么上面的公式实际应该是:FL = Fr + Ts(Cy+CL),其中Cy为杂散电容,那么根据不同的电容可以调整CL值,直到电路工作在你所要的频率上,比如51单片机的12MHz。
一般时候这个负载电容CL值不要太小,上面说过电容太小,谐振阻抗会变高,不利于起振且输出幅度小。所以这个电容值一般选取在10至30pF之间,22或30pf也是一种经验数值,此时由于负载电容CL值远远大于杂散电容Cy值,因此对杂散电容的不稳定性可以忽略不计,那么加了负载电容的电路就会更稳定,频率更准确。
- 51单片机的晶振怎么选型?
首先,单片机工作时,有机器周期这个概念。
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。
—个机器周期包括12个时钟周期。
如果一个单片机外接了一个12MHz的晶振,
那么它的时钟周期就是1/12us,它的一个机器周期是12×(1/12)us,也就是1us。
说白了,晶振就是给单片机提供工作信号脉冲,这个脉冲就是单片机的工作速度,比如12兆晶振,单片机工作速度就是每秒12兆个时钟周期,即每秒1兆个机器周期。
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