晶振全名叫晶體振蕩器,是一種機電器件,是用電損耗很小的石英晶體經精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。每個單片機系統里都有晶振,晶振是由石英晶體經過加工并鍍上電極而做成的,主要的特性就是通電后會產生機械震蕩,可以給單片機提供穩定的時鐘源,晶振提供時鐘頻率越高,單片機的運行速度也就越快。 晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態下工作,以提供穩定,精確的單頻振蕩。下圖是比較典型的晶振圖片:
一、晶振的作用
1、為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振,便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振,而通過電子調整頻率的方法保持同步。
2、晶振與鎖相環電路配合使用,以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子系統需要不同頻率的時鐘信號,可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環來提供。
二、晶振電路原理
單片機一般采用三端式(考畢茲)交流等效振蕩電路;實際的晶振交流等效電路中,其中Cv是用來調節振蕩頻率,一般用變容二極管加上不同的反偏電壓來實現,這也是壓控作用的機理;把石英晶體的等效電路代替晶體后。其中Co,C1,L1,RR是晶體的等效電路。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。
分析整個振蕩槽路可知,利用Cv來改變頻率是有限的,決定振蕩頻率的整個槽路C=Cbe,Cce,Cv三個串聯后和Co并聯再和C1串聯。可以看出:C1越小,Co越大,Cv變化時對整個槽路的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實際上,由于C1很小(1E-15量級),Co不能忽略(1E-12量級)。所以,Cv變大時,降低槽路頻率的作用越來越小,Cv變小時,升高槽路頻率的作用卻越來越大。這一方面引起壓控特性的非線性,壓控范圍越大,非線性就越厲害;另一方面,分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來越小。采用泛音次數越高的晶振,其等效C1就越小;因此頻率的變化范圍也就越小。
三、內部晶振與外部晶振的區別
單片機的外部晶振穩定,受溫度,濕度等環境因素影響比內部晶振小,精度比較高。而且當設計需要降低功耗時,比如說便攜式儀表等,就需要外部晶振,因為內部晶振不能根據需要停止,而外部晶振可以適時停止,從而進入休眠狀態,降低功耗。
而單片機的內部晶振一般不夠準確,誤差比較大。但單片機的內部晶振和外部晶振的作用都是一樣的,給系統提供時鐘。如果對頻率要求不高的話(比如不涉及串口通信和精確定時等的話),用內部晶振就足夠了,并且這樣成本還低。
四、有源晶振和無源晶體振蕩器的區別
無源晶體振蕩器是晶體的一種,是一個有兩個引腳的無極性元件。它需要一個時鐘電路來產生振蕩信號,所以不能自己振蕩。它必須與外圍電路相結合,形成一個輸出特定頻率信號的振蕩器,這個振蕩器需要電源。
有源晶振有四個引腳,一個電源,一個接地,一個信號輸出,一個NC(空管腳)。是一個完整的振蕩器。除了時間敏感晶體,還有晶體管和阻容元件,主要看你應用的電路。如果有時鐘電路,用無源;否則,使用active。