晶振是諸多電子器件不可缺少的組成之一，如單片機(jī)便需配備晶振。可是，單片機(jī)為什么需要晶振?晶振在單片機(jī)中發(fā)揮何種作用?
一、何為晶振
晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線(xiàn)做成。
對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)晶振是很重要的，可以說(shuō)是沒(méi)有晶振就沒(méi)有時(shí)鐘周期，沒(méi)有時(shí)鐘周期就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，那樣的話(huà)單片機(jī)就無(wú)法工作。接下來(lái)跟隨小編詳細(xì)的了解一下單片機(jī)晶振的電路原理及作用。
二、單片機(jī)晶振的必要性
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(fǎng)問(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱(chēng)之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。一個(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12x(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(zhǎng)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(guò)的時(shí)間就是1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。
三、單片機(jī)晶振的作用
單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。
晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。
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(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器(VCO)。晶振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，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。
四、單片機(jī)晶振常見(jiàn)問(wèn)題
1、PIC單片機(jī)振蕩電路中如何選擇晶體?
對(duì)于一個(gè)高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，晶體的選擇非常重要，尤其設(shè)計(jì)帶有睡眠喚醒，往往用低電壓以求低功耗的系統(tǒng)，這是因?yàn)榈凸╇婋妷菏固峁┙o晶體的激勵(lì)功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振，這一現(xiàn)象在上電復(fù)位時(shí)并不特別明顯，原因時(shí)上電時(shí)電路有足夠的擾動(dòng)，很容易建立振蕩，在睡眠喚醒時(shí)，電路的擾動(dòng)要比上電時(shí)小得多，起振變得很不容易，在振蕩回路中，晶體既不能過(guò)激勵(lì)，容易振到高次諧波上，也不能欠激勵(lì)不容易起振，晶體的選擇至少必須考慮、諧振頻點(diǎn)、負(fù)載電容、激勵(lì)功率、溫度特性長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
2、如何判斷電路中晶振是否被過(guò)分驅(qū)動(dòng)?
電阻RS常用來(lái)防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)，過(guò)分驅(qū)動(dòng)晶振會(huì)漸漸損耗減少晶振的接觸電鍍這將引起頻率的上升，可用一臺(tái)示波器檢測(cè)，OSC，輸出腳，如果檢測(cè)一非常清晰的正弦波且正弦波的上限值和下限值都符合時(shí)鐘輸入需要，則晶振未被過(guò)分驅(qū)動(dòng)，相反，如果正弦波形的波峰，波谷兩端被削平，而使波形成為方形，則晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)，這時(shí)就需要用電阻RS來(lái)防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)，判斷電阻RS值大小的最簡(jiǎn)單的方法就是串聯(lián)一個(gè)5k或10k的微調(diào)電阻，從0開(kāi)始慢慢調(diào)高，一直到正弦波不再被削平為止，通過(guò)此辦法就可以找到最接近的電阻RS值。
3、晶振電路中如何選擇電容?
(1)C1，C21，因?yàn)槊恳环N晶振都有各自的特性，所以最好按制造廠(chǎng)商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。
(2)在許可范圍內(nèi)，C1，C2值越低越好，C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會(huì)增加起振時(shí)間。
(3)應(yīng)使C2值大于C1值，這樣可使上電時(shí)，加快晶振起振。