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    單片機晶振電路原理
  • 單片機晶振電路原理
  •   發布日期: 2021-12-28  瀏覽次數: 2,773

    ? ? ? ?在電子學上,通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”(如有源音箱、有源濾波器等),而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號,自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準確;有源晶振有4只引腳,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。

      有源晶振

      有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。

      有源晶振不需要DSP的內部振蕩器,信號質量好,比較穩定,而且連接方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用一個電容電感構成的PI型濾波網絡,輸出 端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要復雜的配置電路。相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較 差,而且價格高。

      有源晶振是右石英晶體組成的,石英晶片之所以能當為振蕩器使用,是基于它的壓電效應:在晶片的兩個極上加一電場,會使晶體產生機械變形;在石英晶片上加上 交 變電壓,晶體就會產生機械振動,同時機械變形振動又會產生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動頻率是十分穩定的。當外加交變電壓的頻率與 晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為“壓電諧振”。

      壓電諧振狀態的建立和維持都必須借助于振蕩器電路才能實現。圖3是一個串聯型振蕩器,晶體管T1和T2構成的兩級放大器,石英晶體XT與電容C2構成LC 電 路。在這個電路中,石英晶體相當于一個電感,C2為可變電容器,調節其容量即可使電路進入諧振狀態。該振蕩器供電電壓為5V,輸出波形為方波。

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      晶振與復位常用電路圖

    單片機系統必須要時鐘脈沖的,他的作用就像心跳或者鐘表的滴答。時鐘脈沖由內部RC振蕩電路(有的單片機內沒有)產生或外部晶振電路產生。內部RC振蕩電路在此不過多闡述。下面我們來說下外部晶振電路。
    ? ? 外部晶振電路如圖所示。除了晶振外還有兩個電容。這兩個電容一般容值比較小,約十幾二十幾皮法,有起振作用,一般稱之為匹配電容或諧振電容。不同芯片、不同晶振組合場合,根據諧振負載,需要選擇合適的的電容才能滿足晶振的起振要求,單片機才能正常運行。選擇合適的匹配電容有個公式,如下:

    CL = C1*C2 / (C1+C2) + CS

    CL為晶振的負載電容值,通過查詢晶振的數據手冊可以獲得,CS為電路板的寄生電容,我們一般取 3~5pF,取C1 = C2,那么公式可以簡化成如下:

    CL = C1 / 2 + CS

    晶振電路

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