什么是晶振

晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。

對于單片機來說晶振是很重要的，可以說是沒有晶振就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期就無法執(zhí)行程序代碼，那樣的話單片機就無法工作。接下來跟隨小編詳細的了解一下單片機晶振的電路原理及作用。

單片機晶振的必要性

單片機工作時，是一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機器周期，這是一個時間基準。一個機器周期包括12個時鐘周期。如果一個單片機選擇了12MHZ晶振，它的時鐘周期是1/12us，它的一個機器周期是12x（1/12）us，也就是1US。

MCS-51單片機的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較饅，得要2個機器周期，還有兩條指令要4個機器周期才行。為了衡量指令執(zhí)行時間的長短，又引|入一個新的概念： 指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行條指令的時間。例如，當需要計算DJNZ指令完成所需要的時間時，首先必須要知道晶振的頻率晶振，設(shè)所用晶振為12MHZ，則一個機器周期就是1US。而DJNZ指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要2US。如果該指令需要執(zhí)行500次，正好1000us，也就是1ms。

機器周期不僅對于指令執(zhí)打有著重要的意義，而且機器周期也是單片機定時器和計數(shù)器的時間基準。例如一個單片機選擇了12MHZ晶振，那么當定時器的數(shù)值加1時，實際經(jīng)過的時間就是1us，這就是單片機的定時原理。

單片機晶振電路原理（51單片機）

XTAL1和XTAL2指的是8051系單片機上常見的用于接“晶振”（晶體諧振器-Crystal Resonator”）的兩個引腳。從原理上來說，這兩個引腳和MCU內(nèi)部一個反相器相連接。這個反相器與外部的“晶振”組成一個構(gòu)成一個皮爾斯振蕩器（Pierce oscillator）。因為這個振蕩器集成在器件內(nèi)部的組件實在是不能更簡單啦，就一個反相器和一個電阻，非常合適于各種數(shù)字IC的設(shè)計制造流程。

深入地分析這個皮爾斯振蕩器的工作原理時，不妨把它表述成以下理想的電路形式：

模電知識告訴我們，當期望得到一個輸出信號頻率為的振蕩電路時，這個電路在必須滿足兩個條件：2kπ的環(huán)路相移閉環(huán)增益為1

在上面的皮爾斯振蕩器的電路原理圖中，不難發(fā)現(xiàn)反相器U1對任意的頻率分量均提供了180°，即的相移量。同時，反相器在輸入輸出之間可以看作是一個buffer，因此通過對反相器的輸出特性進行調(diào)教，較容易得到1的loop gain。

到這里有人會問了，相移量只有，上面的兩個條件連一個都沒達到，這哪能起振呢？問題的關(guān)鍵在于電路中的其它元件上。

首先，對電路中的一顆“晶振”來說，石英晶體本身具有壓電效應(yīng)，對石英晶體進行適當處理后可以得到一種壓電諧振器件，這就是常見的石英晶體諧振器（以下簡稱QCR）。對QCR的物理特性進行分析，可以發(fā)現(xiàn)QCR的壓電諧振過程可以用以下的理想電路模型近乎完美地表示出來。

右圖的電路模型中，L1-C1-R1組成了一個RLC串聯(lián)諧振電路，再加上一個實際很小的C0，整個QCR電路模型有兩個很接近的諧振點。QCR在電路中與反相器并聯(lián)，充當?shù)氖且粋€選頻網(wǎng)絡(luò)的作用。整個振蕩電路在上電時可以看作是反相器的輸出端打進去了一個階躍信號，QCR把階躍中諧振點頻率的信號挑出來，其他沒用的踢掉，在環(huán)路增益為1的情況下整個電路趨于穩(wěn)態(tài)平衡。

模電的知識告訴我們，在QCR // inverter的組合下，這個皮爾斯振蕩器已經(jīng)具備了一個理想的振蕩電路中的兩大網(wǎng)絡(luò)（選頻+放大）。貌似振蕩器中的R1和C1//C2沒有什么卵用啊。且慢，這個R1和C1//C2，正是這個電路中最美妙的地方。