单片机晶振旁边电容的作用及振荡电路的分析

绝大多数的MCU爱好者对MCU晶体两边要接一个22pF附近的电容不理解，因为这个电容有些时候是可以不要的。参考很多书籍，讲解的很少，往往提到最多的是起稳定作用，负载电容之类的话，都不是很深入理论的分析。

问题是很多爱好者不去关心这两个电容，他们认为按参考设计做就行了，本人也是如此，直到有一次一个手机项目就因为这个电容出了问题，损失了几百万之后，才开始真正的考虑这个电容的作用。

其实MCU的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，请参考网页中的图片。

Y1是晶体，相当于三点式里面的电感，C1和C2就是电容，5404和R1实现一个NPN的三极管，大家可以对照高频书里的三点式电容振荡电路。接下来分析一下这个电路。

5404必需要一个电阻，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1相当于三极管的偏置作用，让5404处于放大区域，那么5404就是一个反相器，这个就实现了NPN三极管的作用，NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

接下来用通俗的方法讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理，大家也可以直接看书。

大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是，系统放大倍数大于1，这个容易实现，相位满足360°，接下来主要讲解这个相位问题：

5404因为是反相器，也就是说实现了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1实现180°移相就可以，恰好，当C1，C2，Y1形成谐振时，能够实现180移相，这个大家可以解方程等，把Y1当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性，比如电容电压落后电流90°，电感电压超前电流90°来分析，都是可以的。

当C1增大时,C2端的振幅增强，当C2降低时，振幅也增强。

有些时候C1，C2不焊也能起振，这个不是说没有C1，C2，而是因为芯片引脚的分布电容引起的，因为本来这个C1，C2就不需要很大，所以这一点很重要。接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。

因为7404的电压反馈是靠C2的，假设C2过大，反馈电压过低，这个也是不稳定，假设C2过小，反馈电压过高，储存能量过少，容易受外界干扰，也会辐射影响外界。C1的作用对C2恰好相反。因为我们布板的时候，假设双面板，比较厚的，那么分布电容的影响不是很大，假设在高密度多层板时，就需要考虑分布电容，尤其是VCO之类的振荡电路，更应该考虑分布电容。

有些用于工控的项目，建议不要用晶体的方法振荡，二是直接接一个有源的晶振

很多时候大家会用到32.768K的时钟晶体来做时钟，而不是用单片机的晶体分频后来做时钟，这个原因很多人想不明白，其实这个跟晶体的稳定度有关，频率越高的晶体，Q值一般难以做高，频率稳定度不高，32.768K的晶体稳定度等各方面都不错，形成了一个工业标准，比较容易做高。

什么是晶振，对于单片机来说它有什么重要作用？

一、什么是晶振

晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

对于单片机来说晶振是很重要的，可以说是没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期就无法执行程序代码，那样的话单片机就无法工作。接下来了解一下单片机晶振的电路原理及作用。

二、单片机晶振的必要性

单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12MHZ晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12x（1/12）us，也就是1US。

MCS-51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较馒，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。为了衡量指令执行时间的长短，又引|入一个新的概念： 指令周期。所谓指令周期就是指执行条指令的时间。例如，当需要计算DJNZ指令完成所需要的时间时，首先必须要知道晶振的频率，设所用晶振为12MHZ，则一个机器周期就是1US。而DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次要2US。如果该指令需要执行500次，正好1000us，也就是1ms。

机器周期不仅对于指令执打有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。例如一个单片机选择了12MHZ晶振，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是1us，这就是单片机的定时原理。

三、单片机晶振的作用

每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，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。

来源：网络整理

相关问答

51单片机的RST复位端需要高电平,才能给单片机复位;电容器的特点是两端电压不能突变,上电时电压为零,VCC电压都加到RST端;等会儿电容器充电到VCC的数值,RST端电...

单片机中用到的电容通常有这样两种:第一种是并联到晶振两侧,是帮助晶振起振的。第二种是复位电路上,上电他会充电,给单片机复位用的。还有就是IC设计过程中,...

电容大小没有固定值.一般二三十p.晶振是给单片机提供工作信号脉冲的.这个脉冲就是单片机的工作速度.比如12M晶振.单片机工作速度就是每秒12M.和电脑的CPU概...

这电阻和电容是做什么的啊?是不是RC滤波,然后后面的R是光耦输入侧的限流电阻?元器件清单写着R都是20KC都是0.01uF50V。消除电磁干扰的作用!你是在仿真器...

[最佳回答]如果要求元件最少的话,需要一个STC12c2052单片机,一个普通的LED,还有5V电源,要求再多点元件的话,可以再加一个1K的电阻,两个30pF的电容,12M的晶振等...

[最佳回答]单片机工作需要时钟脉冲,所以,必须有时钟电路,为单片机提供时钟脉冲.一般的单片机内部都有时钟电路,只需要外部接一个晶体振荡器,简称晶振,就可以使...

电脑主板一般都会有2-3个石英晶振,很多人都会问到主板上面的晶振到底是起到什么作用,简单的说电脑主板的晶振是用来控制时间等应用的,计算机都有个计时电路,...

[回答]每个单片机系统里都有晶振,全程是叫晶体波动器,在单片机系统里晶振的起到非常大,他融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...

单片机晶振的大小选择应该根据具体的应用场景和系统要求来决定。通常来说,较高的晶振频率可以提高系统的运算速度,但同时也会带来更高的功耗。因此,在需要高...

1.VCC(40):电源+5V。2.VSS(20):接地,也就是GND。3.XTL1(19)和XTL2(18):振荡电路。单片机是一种时序电路,必须有脉冲信号才能工作,在它的内部...1.VC...