【導讀】初學單片機時,經(jīng)常出現(xiàn)很多有關(guān)晶振的問題,其實晶振就如同人的心臟,是血液的脈搏。把單片機的晶振問題搞明白了,51單片機的其他問題迎刃而解。
初學單片機時,經(jīng)常出現(xiàn)很多有關(guān)晶振的問題,其實晶振就如同人的心臟,是血液的脈搏。把單片機的晶振問題搞明白了,51單片機的其他問題迎刃而解。
什么是晶振
晶振一般叫做晶體諧振器,是一種機電器件,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做成。
晶振,全稱是石英晶體振蕩器,是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器。通過一定的外接電路來,可以生成頻率和峰值穩(wěn)定的正弦波。而單片機在運行的時候,需要一個脈沖信號,做為自己執(zhí)行指令的觸發(fā)信號,可以簡單的想象為:單片機收到一個脈沖,就執(zhí)行一次或多次指令。
對于單片機來說晶振是很重要的,可以說是沒有晶振就沒有時鐘周期,沒有時鐘周期就無法執(zhí)行程序代碼,那樣的話單片機就無法工作。
晶振與單片機周期
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(zhí)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。—個機器周期包括12個時鐘周期。如果一個單片機選擇了12MHz晶振,它的時鐘周期是1/12us,也是一個晶振周期。它的一個機器周期是12×(1/12)us,也就是1us。
機器周期不僅對于指令執(zhí)行有著重要的意義,而且機器周期也是單片機定時器和計數(shù)器的時間基準。例如一個單片機選擇了12MHz晶振,那么當定時器的數(shù)值加1時,實際經(jīng)過的時間就是1us,這就是單片機的定時原理。
單片機晶振的作用
單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振,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)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)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(huán)來提供。
在通常工作條件下,普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率,稱為壓控振蕩器(VCO)。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(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。
指令周期
指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時間,一般由若干個機器周期組成。指令不同,所需的機器周期數(shù)也不同。對于一些簡單的的單字節(jié)指令,在取指令周期中,指令取出到指令寄存器后,立即譯碼執(zhí)行,不再需要其它的機器周期。對于一些比較復雜的指令,例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令,則需要兩個或者兩個以上的機器周期。通常含一個機器周期的指令稱為單周期指令,包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令。簡單地說,沒有晶振,就沒有時鐘周期,沒有時鐘周期,就無法執(zhí)行程序代碼,單片機就無法工作。
機器周期不僅對于指令執(zhí)行有著重要的意義,而且機器周期也是單片機定時器和計數(shù)器的時間基準。例如一個單片機選擇了12兆赫茲晶振,那么當定時器的數(shù)值加1時,實際經(jīng)過的時間就是1us,這就是單片機的定時原理。
晶振是給單片機提供工作信號脈沖的。這個脈沖就是單片機的工作速度。比如12兆晶振。單片機工作速度就是每秒12兆。單片機內(nèi)部也有晶振。接外部晶振可以或得更穩(wěn)定的頻率。
另外,在此提一句:晶振與晶體是不一樣的。
晶振與晶體的區(qū)別
(1)晶振是有源晶振的簡稱,又叫振蕩器,英文名稱是oscillator。晶體則是無源晶振的簡稱,也叫諧振器。英文名稱是crystal。
(2)無源晶振(晶體)一般是直插兩個腳的無極性元件,需要借助時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號。常見的有49U、49S封裝。
(3)有源晶振(晶振)一般是表貼四個腳的封裝,內(nèi)部有時鐘電路,只需供電便可產(chǎn)生振蕩信號。一般分7050、5032、3225、2520幾種封裝形式。
結(jié)語
在進行單片機設(shè)計的時候,選擇合適的晶振也是很重要的。器件選型時一般都要留出一些余量,以保證產(chǎn)品的可靠性。選用較高檔的器件可以進一步降低失效概率,帶來潛在的效益,這一點在比較產(chǎn)品價格的時候也要考慮到。
要使振蕩器的“整體性能”趨于平衡、合理,這就需要權(quán)衡諸如穩(wěn)定度、工作溫度范圍、晶體老化效應(yīng)、相位噪聲、成本等多方面因素,這里的成本不僅僅包含器件的價格,而且包含產(chǎn)品全壽命的使用成本。
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