晶振的工作原理是什么?晶振在單片機(jī)中有什么作用?

晶振主要是由晶體和外圍元器件構(gòu)成的，這些就構(gòu)成了晶振的基本結(jié)構(gòu)。為增進(jìn)大家對(duì)晶振的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)晶振的工作原理、晶振在單片機(jī)中的作用予以介紹。如果你對(duì)晶振或是對(duì)本文內(nèi)容具有興趣，不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦。

一、晶振工作原理

“晶振，在板子上看上去一個(gè)不起眼的小器件，但是在數(shù)字電路里，就像是整個(gè)電路的心臟。數(shù)字電路的所有工作都離不開時(shí)鐘，晶振的好壞，晶振電路設(shè)計(jì)的好壞，會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以說晶振是智能硬件的“心臟”，幾乎在所有的應(yīng)用電路中都不可或缺的存在著，廣泛用于汽車電子、智能家居、數(shù)碼電子、安防設(shè)備、通訊設(shè)備等不同領(lǐng)域。

每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振(晶體震蕩器)，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的?！?

可以看到，晶振在完整的電路中必不可少，是一個(gè)系統(tǒng)的核心器件。

那么，晶振的原理是什么呢?

晶振具有壓電效應(yīng)，即在晶片兩極外加電壓后晶體會(huì)產(chǎn)生變形，反過來如外力使晶片變形，則兩極上金屬片又會(huì)產(chǎn)生電壓。如果給晶片加上適當(dāng)?shù)慕蛔冸妷?，晶片就?huì)產(chǎn)生諧振(諧振頻率與石英斜面傾角等有關(guān)系，且頻率一定)。晶振利用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體，在共振的狀態(tài)下工作可以提供穩(wěn)定、精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。利用該特性，晶振可以提供較穩(wěn)定的脈沖，廣泛應(yīng)用于微芯片的時(shí)鐘電路里。晶片多為石英半導(dǎo)體材料，外殼用金屬封裝。

晶振常與主板、南橋、聲卡等電路連接使用。晶振可比喻為各板卡的“心跳”發(fā)生器，如果主卡的“心跳”出現(xiàn)問題，必定會(huì)使其他各電路出現(xiàn)故障。

二、晶振在單片機(jī)中的作用

在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。

晶振在應(yīng)用具體起到什么作用微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電阻、電容)振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡(jiǎn)單的分立RC振蕩器?；诰д衽c陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。

晶振的選擇和PCB板布局會(huì)對(duì)VCXOCLK發(fā)生器的性能參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。選擇晶體時(shí)，除了頻率、封裝、精度和工作溫度范圍，在VCXO應(yīng)用中還應(yīng)注意等效串聯(lián)電阻和負(fù)載電容。串聯(lián)電阻導(dǎo)致晶體的功耗增大。阻值越低，振蕩器越容易起振。

單片機(jī)工作時(shí)，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(jī)訪問一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)?！獋€(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHz晶振，它的時(shí)鐘周期是1/12us，它的一個(gè)機(jī)器周期是12×(1/12)us，也就是1us。

MCS—51單片機(jī)的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個(gè)機(jī)器周期就行了，有一些完成得比較饅，得要2個(gè)機(jī)器周期，還有兩條指令要4個(gè)機(jī)器周期才行。為了衡量指令執(zhí)行時(shí)間的長短，又引入一個(gè)新的概念：指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時(shí)間。例如，當(dāng)需要計(jì)算DJNZ指令完成所需要的時(shí)間時(shí)，首先必須要知道晶振的頻率，設(shè)所用晶振為12MHz，則一個(gè)機(jī)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(jī)器周期不僅對(duì)于指令執(zhí)打有著重要的意義，而且機(jī)器周期也是單片機(jī)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的時(shí)間基準(zhǔn)。例如一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHz晶振，那么當(dāng)定時(shí)器的數(shù)值加1時(shí)，實(shí)際經(jīng)過的時(shí)間就是1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。

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