單片機晶振(zhen)的原理及作(zuo)用(yong)詳解
時間(jian)：2018-07-25 來源：未(wei)知
單片機(ji)晶振的原理及作用(yong)詳解
單(dan)(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)系統(tong)(tong)都有晶體振(zhen)蕩(dang)(dang)器(qi)(qi)，整(zheng)個(ge)過程被稱為晶體振(zhen)蕩(dang)(dang)器(qi)(qi)，晶體振(zhen)蕩(dang)(dang)器(qi)(qi)在單(dan)(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)系統(tong)(tong)中的(de)作用非常大。他將單(dan)(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)內(nei)部(bu)的(de)電路結合起來，制作出(chu)單(dan)(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)的(de)時鐘(zhong)頻率。單(dan)(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)的(de)所有指令都是基于這個(ge)基礎的(de)。晶體振(zhen)蕩(dang)(dang)器(qi)(qi)的(de)時鐘(zhong)頻率越(yue)高，單(dan)(dan)(dan)芯片(pian)(pian)、單(dan)(dan)(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)越(yue)多。機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)運(yun)轉得(de)越(yue)快。
晶(jing)振(zhen)(zhen)用一(yi)(yi)種能把電能和機械能相(xiang)互轉化的晶(jing)體在共(gong)振(zhen)(zhen)的狀(zhuang)態下工作(zuo)，以提供穩(wen)定(ding)，精(jing)確的單頻振(zhen)(zhen)蕩。在通常工作(zuo)條件下，普通的晶(jing)振(zhen)(zhen)頻率絕對(dui)精(jing)度可達百(bai)萬(wan)分之五(wu)十。高(gao)級的精(jing)度更高(gao)。有些(xie)晶(jing)振(zhen)(zhen)還可以由外加電壓在一(yi)(yi)定(ding)范圍內調整頻率，稱為(wei)壓控振(zhen)(zhen)蕩器(qi)(VCO)。
晶振的(de)(de)作用是為系(xi)(xi)統(tong)(tong)提供基本的(de)(de)時鐘信號。通常一個系(xi)(xi)統(tong)(tong)共(gong)用一個晶振，便于各部分(fen)保持同步。有些通訊系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)基頻(pin)和射頻(pin)使用不同的(de)(de)晶振，而通過電子調整頻(pin)率的(de)(de)方法(fa)保持同步。
晶振(zhen)通(tong)常(chang)與(yu)鎖(suo)相(xiang)環(huan)電路配合(he)使用，以提供系統(tong)(tong)所需(xu)的(de)時(shi)鐘頻率(lv)。如果(guo)不(bu)同子系統(tong)(tong)需(xu)要不(bu)同頻率(lv)的(de)時(shi)鐘信(xin)號(hao)，可(ke)以用與(yu)同一個晶振(zhen)相(xiang)連(lian)的(de)不(bu)同鎖(suo)相(xiang)環(huan)來提供。
下面我(wo)就(jiu)具(ju)體的介紹一下晶振(zhen)的作用(yong)以及(ji)原理，晶振(zhen)一般(ban)采用(yong)如(ru)圖1a的電(dian)容(rong)三端式(考(kao)畢茲)
交(jiao)流(liu)等效(xiao)振(zhen)蕩電(dian)(dian)路(lu)(lu);實(shi)際的(de)(de)晶(jing)振(zhen)交(jiao)流(liu)等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)(lu)如圖1b，其中Cv是用來(lai)調(diao)節振(zhen)蕩頻率，一般(ban)用變容二(er)極管加上(shang)不同的(de)(de)反偏電(dian)(dian)壓(ya)來(lai)實(shi)現，這(zhe)也(ye)是壓(ya)控作用的(de)(de)機(ji)理;把(ba)晶(jing)體(ti)的(de)(de)等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)(lu)代替晶(jing)體(ti)后如圖。其中Co，C1，L1，RR是晶(jing)體(ti)的(de)(de)等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)(lu)。
分(fen)析整個(ge)振(zhen)蕩槽(cao)路(lu)可(ke)知，利用(yong)(yong)(yong)Cv來改變(bian)頻(pin)率(lv)(lv)是有限的：決定振(zhen)蕩頻(pin)率(lv)(lv)的整個(ge)槽(cao)路(lu)電容(rong)C=Cbe,Cce,Cv三(san)個(ge)電容(rong)串聯后(hou)和Co并聯再(zai)和C1串聯。可(ke)以看出：C1越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao)，Co越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)(da)，Cv變(bian)化(hua)時(shi)(shi)對整個(ge)槽(cao)路(lu)電容(rong)的作用(yong)(yong)(yong)就越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao)。因而能“壓控”的頻(pin)率(lv)(lv)范圍(wei)(wei)也越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao)。實(shi)際上(shang)，由于(yu)C1很小(xiao)(1E-15量級(ji))，Co不能忽略(1E-12量級(ji)，幾PF)。所以，Cv變(bian)大(da)(da)時(shi)(shi)，降(jiang)低槽(cao)路(lu)頻(pin)率(lv)(lv)的作用(yong)(yong)(yong)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao)，Cv變(bian)小(xiao)時(shi)(shi)，升高(gao)槽(cao)路(lu)頻(pin)率(lv)(lv)的作用(yong)(yong)(yong)卻越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)(da)。這一方(fang)面(mian)引起壓控特性的非線性，壓控范圍(wei)(wei)越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)大(da)(da)，非線性就越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)厲(li)害(hai);另一方(fang)面(mian)，分(fen)給振(zhen)蕩的反饋(kui)電壓(Cbe上(shang)的電壓)卻越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao)，最(zui)后(hou)導致停振(zhen)。通過(guo)晶振(zhen)的原理(li)圖你應該大(da)(da)致了(le)解了(le)晶振(zhen)的作用(yong)(yong)(yong)以及工作過(guo)程了(le)吧。采用(yong)(yong)(yong)泛音次數越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)高(gao)的晶振(zhen)，其等效電容(rong)C1就越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao);因此頻(pin)率(lv)(lv)的變(bian)化(hua)范圍(wei)(wei)也就越(yue)(yue)(yue)(yue)(yue)小(xiao)。
微控制器(qi)(qi)(qi)的(de)時(shi)鐘源(yuan)可以分(fen)為(wei)兩類：基(ji)于機械諧振(zhen)器(qi)(qi)(qi)件的(de)時(shi)鐘源(yuan)，如晶振(zhen)、陶瓷(ci)諧振(zhen)槽(cao)路(lu);RC(電阻(zu)、電容)振(zhen)蕩器(qi)(qi)(qi)。一種(zhong)是皮爾斯振(zhen)蕩器(qi)(qi)(qi)配(pei)置，適(shi)用(yong)于晶振(zhen)和(he)陶瓷(ci)諧振(zhen)槽(cao)路(lu)。另一種(zhong)為(wei)簡單的(de)分(fen)立RC振(zhen)蕩器(qi)(qi)(qi)。
用萬用表測(ce)量晶體振蕩器是(shi)否工作的(de)方法：測(ce)量兩個(ge)引腳電壓是(shi)否是(shi)芯片(pian)工作電壓的(de)一半，比如工作電壓是(shi)51單片(pian)機的(de)+5V則是(shi)否是(shi)2.5V左(zuo)右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個(ge)腳，這(zhe)個(ge)電壓有明顯變化，證明是(shi)起振了(le)的(de)。
晶振的類型有SMD和DIP型，即(ji)貼片和插(cha)腳型 。
先說DIP：常用尺(chi)寸有HC-49U/T，HC-49S，UM-1，UM-5，這些(xie)都是(shi)MHZ單位的。
再說SMD：有0705，0603，0503，0302，這里面又(you)分(fen)四個(ge)焊點(dian)和(he)二個(ge)焊點(dian)的(de)(de)(de)，對一(yi)(yi)般公司(si)來說默認的(de)(de)(de)是(shi)四個(ge)焊點(dian)的(de)(de)(de)，兩個(ge)焊點(dian)的(de)(de)(de)材料要求(qiu)進口，周期長，一(yi)(yi)般說兩個(ge)焊點(dian)的(de)(de)(de)做不了。
