单片机晶振电路原理及作用

晶振的工作原理一、什么是晶振?晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。

晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.晶振是晶体振荡器的简称。

它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。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。

数字电路的工作是根据电路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了。

晶振的作用是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。

晶振通常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。

电路中，为了得到交流信号，可以用RC、LC谐振电路取得，但这些电路的振荡频率并不稳定。

在要求得到高稳定频率的电路中，必须使用石英晶体振荡电路。

石英晶体具有高品质因数，振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后，振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10^ (-11)。

广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。

石英晶振不分正负极, 外壳是地线，其两条不分正负二、晶振的使用晶振，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。

由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。

晶振电路的原理及匹配方法孔进亮【摘要】本文介绍了单片机系统晶振电路的原理、晶振电路参数的计算和晶振电路的匹配方法,总结了晶振电路的参数调整经验.【期刊名称】《家电科技》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P76-79)【关键词】晶振;匹配方法;振荡电路【作者】孔进亮【作者单位】珠海格力电器股份有限公司广东珠海519070【正文语种】中文振荡电路是单片机系统的“脉搏”，为单片机系统提供准确的时基。

如果振荡电路工作频率出现偏差，会导致计时不准，甚至通讯不能同步（特别是高速通讯）。

振荡电路在单片机系统中起着至关重要的作用，本文将以晶振电路为例，介绍晶振电路的原理及其匹配方法。

1 晶振电路原理我们在单片机上使用的晶振电路（图1）称为作皮尔斯(Pierce)振荡器[1]。

我们知道振荡电路主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，该电路将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号。

在单片机内部，反相器作为为主动元件，对输入信号进行反相和放大，晶振及其负载电容（包括CL1、CL2、CS等）组成了反馈网络。

由于反向器的线性区域很窄，容易出现抖动，故此加入RF引入直流负反馈，迫使反向器工作在线性区域（图2）。

这时，工作在线性区的反向器就等同于反向放大器了。

RF并为反向器提供直流偏置，使电路更灵敏。

反馈振荡电路正常工作必须满足三个条件：起振条件（保证接通电源后能逐步建立起振荡），平衡条件（保证进入维持等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏）。

要达到振荡状态，振荡电路幅值和相位均需要满足一定的条件，称巴克豪林(Barkhausen)判据[1]：A(f)=|A(f)|×ejfα(f)B(f)=|B(f)|×ejfβ(f)︱A(f)•B(f)︱≥1α(f)+β(f)=2nπ(n=0,1,2…)其中：A(f)是放大器部分，给这个闭环系统提供能量以保持其振荡；B(f)是反馈通道，决定了振荡电路的频率。

单片机内置时钟芯片概述单片机（Microcontroller Unit，MCU）是集成了中央处理器（CPU）、内存、输入输出端口和各种片上外设（Peripheral Interface Components，PIC）的微型计算机系统。

时钟芯片（Clock Chip）是单片机中的一个重要组成部分，它负责产生和管理系统的时钟信号，使整个系统能够按照指定频率和时序进行工作。

本文将重点介绍单片机内置的时钟芯片，包括其工作原理、功能特点以及在单片机应用中的应用场景。

工作原理单片机内置的时钟芯片一般采用晶体振荡器（Crystal Oscillator）或者晶振电路（Crystal Circuit）来产生稳定的时钟信号。

晶体振荡器通常由振荡器电路、晶体谐振器和放大器电路组成。

晶体振荡器的工作原理是利用晶体谐振器的特性，在外加电场的作用下，晶体会产生固有的机械振动，从而产生稳定的频率信号。

晶体谐振器是一个具有回路谐振频率的电路元件，与晶体振动的频率相对应。

当MCU系统上电时，时钟芯片首先启动，通过晶体振荡器产生一个基准频率的时钟信号。

这个基准时钟信号经过分频器进行分频处理，生成系统中各个模块所需的不同频率的时钟信号。

功能特点高精度单片机内置的时钟芯片具有高精度的特点。

晶体振荡器的频率精度较高，通常在几个百万分之一的误差范围内。

而且晶体振荡器的稳定性较好，可以在比较宽的温度范围内正常工作。

可编程时钟芯片可以根据系统需求进行编程。

通过设置分频器的分频系数，可以得到需要的时钟频率，以满足各个模块对时钟信号的要求。

多功能除了产生稳定的时钟信号外，时钟芯片还具有其他多种功能。

例如，它可以提供外部中断信号，用于唤醒系统或触发特定事件；还可以提供定时器功能，用于定时操作，例如定时中断、延时等。

应用场景单片机内置的时钟芯片广泛应用于各种单片机系统中。

以下是几个常见的应用场景：实时时钟时钟芯片可以用于实时时钟系统（Real-Time Clock，RTC），用于记录系统的当前时间。

晶振工作原理
晶振工作原理是指利用晶体产生机械振动并将其转化为电信号的过程。

晶振器由一个压电晶体和两个电极组成。

当对晶体施加外加电场时，晶体会发生机械振动，这是由于电场使晶体内部正负离子分离而产生的电荷的作用。

晶体的尺寸和形状会影响其机械振动的频率。

在晶体振动过程中，晶体会产生电压，这是由于晶体的压电效应。

压电效应是指在某些晶体中，当施加机械应力时，晶体会在两端产生电荷差。

这个电荷差可以被测量并转化为电信号。

晶振器的电路中会加入一个反馈电路，用于维持晶体振动的稳定性。

当晶体振动频率趋向于不稳定时，反馈电路会通过相应的电路调整晶体周围的电场，使振动频率恢复到设定的数值。

晶振器可以根据需求选择不同频率的晶体来实现不同的工作频率。

晶振器广泛应用于各种电子设备中，例如计算机、通信设备、数字电视等，用于提供稳定的时钟信号或频率参考。

单片机晶振电路原理
单片机晶振电路是用于提供时钟信号的电路，它由晶体振荡器和相关的外围电路组成。

晶体振荡器是一种能够将电能转换为机械振动的装置，它由晶体和集成电路组成。

在单片机晶振电路中，晶体被连接到晶体振荡器的输入端，晶体振荡器的输出端则连接到单片机的时钟输入引脚。

晶体振荡器能够将电能转换为机械振动，而晶体的机械振动会引起晶体的电极上出现交流电压信号。

这种交流电压信号经过放大和整形之后，被提供给单片机作为时钟信号使用。

与晶体振荡器相连的外围电路主要包括电容和电阻。

其中，电容在电路中起到加强振荡信号的作用，它能够存储电荷并在振动周期内释放出来，从而稳定晶体的振荡频率；电阻则起到限制电流流动的作用，它与电容一起构成了振荡器的谐振回路。

当晶体振荡器启动时，晶体会在电场的作用下发生机械振动，产生交流电压信号。

这个交流电压信号会被放大并整形，最后供给单片机作为时钟信号。

单片机根据时钟信号定时执行相应的指令，实现各种功能。

总之，单片机晶振电路是通过晶体振荡器和相关的外围电路来提供稳定的时钟信号，以确保单片机正常运行。

晶振电路周期性输出信号的标称频率（Normal Frequency），就是晶体元件规格书中所指定的频率，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。

晶振常用标称频率在1～200MHz之间，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL（锁相环）将低频进行倍频至1GHz以上。

输出信号的频率不可避免会有一定的偏差，我们用频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability）来表示，单位是ppm，即百万分之一（parts per million）（1/106），是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。

比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×±20Hz=±240Hz，即频率范围是（11999760～12000240Hz）。

另外，还有一个温度频差（Frequency Stability vs Temp），表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是ppm。

我们经常还看到其它的一些参数，比如负载电容、谐振电阻、静电容等参数，这些与晶体的物理特性有关。

石英晶体有一种特性，如果在晶片某轴向上施加压力时，相应施力的方向会产生一定的电位。

相反的，在晶体的某轴向施加电场时，会使晶体产生机械变形；如果在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，机械形变振动又会产生交变电场，尽管这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。

当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（与切割后的晶片尺寸有关，晶体愈薄，切割难度越大，谐振频率越高）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。

将石英晶片按一定的形状进行切割后，再用两个电极板夹住就形成了无源晶振，其符号图如下所示：下图是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性的简化电路。

单片机工作原理及原理图解析概述单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器核心、存储器、输入/输出（I/O）端口和其他功能模块的集成电路芯片，用于控制各种设备和系统。

单片机广泛应用于工业控制、家电、汽车电子、医疗设备等领域。

本文将详细介绍单片机的工作原理和原理图解析。

一、单片机的工作原理单片机的工作原理可以分为三个主要方面：中央处理器（CPU）的功能、存储器的功能和输入/输出（I/O）端口的功能。

1. 中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，它通过执行指令来控制整个系统。

它由运算器、控制器和时钟电路组成。

运算器负责执行各种算术和逻辑运算，控制器根据存储器中的指令来控制运算器的工作，时钟电路提供统一的时序信号。

2. 存储器存储器用于存储程序和数据。

一般来说，单片机的存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。

程序存储器用于存储程序，通常是只读存储器，即一旦写入程序后就不可更改。

数据存储器用于存储数据，它可以读写，并提供临时存储空间。

3. 输入/输出（I/O）端口单片机通过输入/输出端口与外部设备进行信息的输入和输出。

输入端口接收外部设备的信号，输出端口发送单片机处理后的信号。

例如，当单片机用于控制电机时，输入端口接收传感器的信号，输出端口控制电机的状态。

二、单片机的原理图解析单片机的原理图包含了各种功能模块的连接关系，例如电源、晶振、I/O端口等。

以下是对常见的单片机原理图中各模块的解析。

1. 电源电路电源电路主要提供各模块所需的稳定电压和电流。

常见的电源电路包括稳压二极管（如7805）、电容滤波器和电位器调节电路，用于提供稳定的电源。

2. 晶振电路晶振电路提供单片机的时钟信号，以驱动单片机的运算和控制。

常见的晶振电路包括晶振、电容和电阻。

晶振的频率决定了单片机的工作速度。

3. I/O端口I/O端口连接单片机与外部设备，实现信息的输入和输出。

它一般包括多个引脚，每个引脚可以配置为输入或输出。

单片机晶振电路原理及作用单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

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。

单片机晶振的作用是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。

晶振通常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。

下面我就具体的介绍一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如图1a 的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，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；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。

其中Co，C1，L1，RR 是晶体的等效电路。

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电容C=Cbe,Cce,Cv 三个电容串联后和Co 并联再和C1 串联。

可以看出：C1 越小，Co 越大，Cv 变化时对整个槽路电容的作用就越小。

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，几PF)。

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，。

51单片机的时钟电路原理
51单片机的时钟电路原理如下：
1. 外部晶振电路：51单片机的时钟电路主要由一个晶体振荡电路组成，晶体振荡电路由一个晶体谐振器和两个电容组成。

晶体振荡电路产生的正弦信号被送入单片机内部，用于驱动时钟周期。

2. 时钟源选择：51单片机的时钟源可以选择外部晶振电路提供的晶振信号或者内部RC振荡电路提供的振荡信号。

3. 预分频器：51单片机内部有一个12位的预分频器，用于将时钟信号进行分频。

预分频器的分频比可以通过程序设置，可以将时钟信号分频为1、2、4、8、12等倍数，可根据需要选择合适的分频比。

4. 定时器：51单片机内部有一个定时器/计数器，用于实现定时和计数功能。

定时器可以根据程序设置的计数值产生中断信号，以实现定时中断和计数中断功能。

5. 中断控制：51单片机的时钟电路中包含一个中断控制模块，用于实现对定时器中断信号的处理。

中断控制模块可以根据程序的设置，决定是否接受定时器中断信号，以及如何响应中断。

总之，51单片机的时钟电路利用外部晶振电路提供的晶振信号作为时钟源，通过预分频器进行分频，再经过定时器和中断控制模块的处理，最终实现定时和计数功能。

晶振串联电阻一、引言晶振和串联电阻是电子领域中常见的两个概念，它们在电路设计和信号处理中起到重要的作用。

本文将分别介绍晶振和串联电阻的基本概念、工作原理以及在实际应用中的应用场景。

二、晶振1. 晶振的概念晶体振荡器（Crystal Oscillator），简称晶振，是一种利用石英晶体的机械振动产生稳定频率信号的器件。

它是现代电子设备中常用的时钟源，广泛应用于计算机、通信、仪器仪表等领域。

2. 晶振的工作原理晶振利用石英晶体具有压电效应的特性，当施加外加电场或机械力时，石英晶体会发生形变并产生压电荷。

利用这个特性，晶振通过将石英片放置在一个反馈电路中，使其处于正反馈状态，从而实现自激振荡并产生稳定频率的信号。

3. 晶振的分类根据使用频率的不同，晶振可以分为以下几种类型：•常见频率晶振：如4MHz、8MHz等，用于一般的计算机和通信设备。

•高频晶振：如100MHz、200MHz等，用于高性能计算机和无线通信设备。

•低频晶振：如32.768kHz等，用于实时时钟（RTC）和电子表格等低功耗设备。

4. 晶振的应用场景晶振在电子设备中有广泛的应用场景，主要包括：•时钟源：作为计算机、微控制器、单片机等系统的时钟源，提供稳定的定时信号。

•频率合成器：通过多个晶振的组合来生成特定频率的信号。

•PLL锁相环：利用晶振作为参考信号进行频率锁定和倍频运算。

•通信设备：作为射频前端的时钟源，提供稳定的射频信号。

三、串联电阻1. 串联电阻的概念串联电阻是指将多个电阻按照顺序连接在一起，形成一个串联电路。

在串联电路中，电流依次通过每个电阻，而总电压等于各个电阻之间电压的代数和。

2. 串联电阻的计算方法在串联电路中，各个电阻的阻值相加即可得到总阻值。

假设有n个串联电阻，分别为R1、R2、…、Rn，则总阻值Rt = R1 + R2 + … + Rn。

3. 串联电阻的特性•电流相同：在串联电路中，由于只有一条路径供电流通过，因此各个电阻中的电流大小相等。