晶振的原理及作用晶振是电路中常用用的时钟元件全称是叫晶体震荡器.doc

晶振的原理及作用 晶振是电路中常用用的时钟元件,全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。 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。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。 晶振电路图 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，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。 微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。 用万用表测量晶体振荡器是否工作的方法：测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是51单片机的+5V则是否是2.5V左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚，这个电压有明显变化，证明是起振了的。 晶振的类型有SMD和DIP型，即贴片和插脚型 。 先说DIP：常用尺寸有HC-49U/T，HC-49S，UM-1，UM-5，这些都是MHZ单位的。 再说SMD：有0705，0603，0503，0302，这里面又分四个焊点和二个焊点的。不过越小越贵,而且很小的话，做不出频率较高的晶振。 晶振及晶振电容 晶振设计是单片机应用设计的重要环节之一，因此很有必要了解晶振电路的特点，组成以及如何选用相关电子元件。 PIC单片机有四种振荡方式可供选择，振荡方式经配置寄存器CONFIG的F0SC1,F0SC0位加以选择，并在EPROM编程时写入。 表1：振荡器类型选择 晶体振荡器/陶瓷振荡器：XT、 LP、HS三种方式中，需一晶体或陶瓷谐振器连接到单片机的OSC1/CLKIN和OSC2/CLKOUT引脚上，以建立振荡，如图1所示。电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。在晶体振荡下，电阻RF≈10MΩ。对于32KHZ以上的晶体振荡器，当VDD4.5V时，建议C1=C2≈30PF。（C1：相位调节电容； C2：增益调节电容。） 外部晶体振荡器电路：PIC芯片可以使用已集成在片内的振荡器，亦可使用由TTL门电路构成的简单振荡器电路。当外接振荡器时，外部振荡信号）仅限于HS。XT。LP）从OSC1端输入，OSC2端开路。 图2所示的是典型的外部并行谐振振荡电路，应用晶体的基频来设计。74AS04反相器以来实现振荡器所需的180°相移，4.7KΩ的电阻用来提供负反馈给反相器，10KΩ的电位器用来提供偏压，从而使反相器74AS04工作在线性范围内。 图3所示的是典型的外部串行谐振振荡电路，亦应用晶体的基频来设计。74AS04反相器用来提供振荡器所需的180°相移， 330Ω的电阻用来提供负反馈，同时偏置电压。 RC振荡： RC 振荡适合于对时间精度要求不高的低成本应用。RC振荡频率随着电源电压VDD，RC值及工作环境温度的变化而变化。同时由于工艺参数的差异，对不同芯片其振荡器频率将不同。另外，当外接电容CEXT值较小时，对振荡器频率的影响更大，当然，我们也应考虑电阻电容本身的容差对振荡器频率的影响。 图4 所示