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单片机系统设计晶振电路设计

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前天讲解了单片机系统正常工作所需要的基本配置，也就是最小系统。单片机的最小系统包括：复位电路、晶振电路、电源电路、下载电路。从今天开始讲解每个电路，并结合实际设计，展示实际电路。

什么是单片机的晶振电路

晶振是晶体振荡器的简称，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：高频和低频，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。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振起振波形如下所示：

晶振起振波形图

2. 晶振分类

晶振分为无源晶振和有源晶振，无源晶振一般称之为 crystal（晶体），而有源晶振则叫做 oscillator（振荡器）。

有源晶振是一个完整的谐振振荡器，它利用石英晶体的压电效应来起振，所以需要供电后它就可以主动产生振荡频率，并且可以提供高精度的频率基准，信号质量也比无源信号要好。

无源晶振自身无法振荡起来，它需要芯片内部的振荡电路一起工作才能振荡，它允许不同的电压，但是信号质量和精度较有源晶振差一些，价格也比有源晶振便宜很多。

无源晶振两侧都会有个电容，一般其容值都选在 10pF~40pF 之间，做设计时需要根据芯片的数据手册来选电容值。

↑ 有源晶振

↑ 无源晶振

3. 晶振电路

单片有两个引脚：XTAL1和XTAL2，用来接晶振。

接无源晶振：

↑接无源晶振

接有源晶振：

↑接有源晶振

这一节的晶振电路有没有讲清楚，欢迎加公众号：micropoint8 明天介绍电源电路。

实例分析电子元器件：晶振的作用和原理，无源晶振和有源晶振的区别

让我们先通过下面的图片来认识一下晶振

如上面图一所示晶振有两个引脚。图二所示晶振有3个引脚，图三所示晶振有四个引脚。

晶振全称是叫晶体振荡器，晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

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）。

每个单片机系统里都有晶振，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。

常见的晶振基本上都是二脚，三脚晶振其实是一种集晶振和电容为一体的复合元件。

当处于集成中电路振荡端子外围电路中以一个晶振和两个电容组成回路，为了简化电路和工艺，人们便想方设法研制生产了这种复合元件。三个引脚中，中间的1个脚通常是2个电容连接一起的公共端，另外2个引脚即为晶振两端，也是两个电容各自与晶振连接的两端。

两脚晶振能代替三脚晶振使用吗？可以，需要匹配电容即可。用两脚晶振封装代替三脚晶振使用时，只要将两脚接在两端，并从两端个连接一个电容到地线即可。

2个引脚晶振一般需要在晶振两侧配置谐振电容，这样做的目的是为了让晶振能够够稳定的输出振荡信号，

下图是2个引脚晶振的电路图

下图是3个引脚晶振的电路图

普通压电无源石英晶体是一种无极性元件，晶体内部本身只有经过加工的单一石英晶片，英文单词叫做（Quartz crystal）需要借助设计的电路才能产生振荡信号，单晶振本身是无非发生振荡的，插件的一般常规都是二个脚，当然也会有三个脚的，中间那个脚一般用来接地，当然随着科技的发展，后来有了四个脚的普通贴片谐振器，四个脚其实只要二个脚才是真正通电工作的，剩余两个脚一个是悬空，一个是可以用来接地(可接可不接)。

有源石英晶体振荡器是最少拥有最少4个脚的的产品，四个脚的用途是：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压，电压也有分为以下几种，1.8V-2.5V-3V-3.3V-3.8V-5V等电压，振荡器内部本身除了有加工过的压电石英晶片外，还有有源振荡器IC，以及电阻两颗，电容两颗，有些会有一颗三级稳压管等原件，插件的外观体积比较大，但是随着现在的科技发展，有源晶振体积也从最初的超大体积长20mm，宽11mm，到现在的2.5mm长，宽2.0mm的小尺寸，有源晶振 的英文单词简称为（Quartz crystal oscillator）。

下图是有源晶振的电路图