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电路板上的单片机为什么需要晶振频率信号?

2025年12月28日 08:18:08      来源:深圳市晶诺威科技有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:13

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电路板上的单片机为什么需要晶振频率信号?

首先,单片机能正常工作的必要条件之一就是时钟信号电路,因此单片机工作就需要晶振提供的频率信号作为程序运行的指引。

晶振,这里指的是无源晶振,全称是石英晶体谐振器,是一种常见的频率电子频率原器件。通过外接电路可以产生高精度高稳定性的频率和峰值稳定的正弦波。而单片机在运行时,需要一个脉冲信号来做为自己执行指令的触发信号,可以简单的想象为:单片机收到一个脉冲信号,就执行一次或多次程序指令。

单片机工作时,是一条一条地从ROM中获取指令,然后一步一步的执行。单片机访问一次存储器的时间,被称之为一个机器周期,这是一个时间基准。—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12×(1/12)us,即1us。

机器周期不仅对于指令执有着重要的作用,而且也是单片机定时器和计数器的时间基准。如果缺少晶振的作用,单片机发出的指令就会紊乱。换句话说,晶振振一下,单片机就动一下;晶振停振一下,单片机的指令也就随之暂停一下。而如果晶振停振的话,单片机也就无法执行程序代码而停止工作了。这一系列连锁反应导致的最终结果是电子产品开机不良,或开机后运行不良。

电路板上的单片机为什么需要晶振频率信号?

目前在一些要求不高的电路设计方案里,为了节约成本而省去了晶振。采取的方法是使用单片机内部自带的振荡电路,但是该振荡电路对外界干扰非常敏感,极易受到环境温度的影响。没有外接晶振的单片机,内部振荡电路精确度和稳定性差很多,一般只有1.0%~2.0%;而外接晶振的精度是以百万分几作为计算标准,即PPM。因此,对频率有高精度高稳定性要求的设计方案,一般情况下必须外接晶振。

在无源晶振的应用中,特别需要注意它的一个重要参数,那就是负载电容。选择与晶振匹配的外接电容才可能获得标称频率。

一般的振荡电路都是在一个反相放大器的两端连接无源晶振,然后两颗外接电容分别接到该颗晶振的频率输入脚和输出脚,每颗电容分别接地。若单片机采用的为无源晶振,负载电容为20pf~22PF,基于IC内部带有电容,加上电路板上存在的杂散电容(一般按照4PF~6PF来计算),选择两颗30PF~33PF的外接电容比较合适。当然这只是理论值,要想获得匹配,需要上电测量晶振的实际输出频率精度,然后对外接电容进行微调,以获取晶振工作状态。

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