晶振电路的工作原理，单片机晶振电路原理图

很多朋友对晶振电路的工作原理，单片机晶振电路原理图不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

在电子学中，含有晶体管元件的电路通常称为“有源电路”（如有源扬声器、有源滤波器等），而仅由电阻电容元件组成的电路则称为“无源电路”。计算机中的晶振也分为两种：无源晶振和有源晶振。无源晶振和有源晶振的英文名称是不同的。无源晶振称为晶振，有源晶振称为振荡器。无源晶振是2个引脚的无极性元件。它需要时钟电路的帮助来产生振荡信号。它不能自行振荡，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振有4 个引脚。它是一个完整的振荡器，除了石英晶体外，还有晶体管和电阻电容元件，因此体积较大。

有源晶振有源晶振的常用用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。

有源晶振不需要DSP内部振荡器，信号质量好，比较稳定，连接方法也比较简单（主要是对电源进行滤波，通常采用电容和电感组成的PI滤波网络，并用一个小输出端的电阻（大阻值的电阻可以过滤信号），不需要复杂的配置电路。与无源晶振相比，有源晶振的缺点是信号电平固定，需要选择合适的输出电平，灵活性较差，价格较高。

有源晶体振荡器由石英晶体组成。石英晶片之所以可以用作振荡器，是基于其压电效应：在晶片的两个极上施加电场，会引起晶体的机械变形；在石英晶片上施加交流电压时，晶体会产生机械振动。同时，机械变形振动会产生交变电场。虽然这个交变电场的电压极其微弱，但它的振动频率却非常稳定。当施加的交流电压的频率等于晶片的固有频率（由晶片的尺寸和形状决定）时，机械振动的振幅将急剧增加。这种现象称为“压电谐振”。

压电谐振状态的建立和维持必须借助振荡电路来实现。图3是串联振荡器，由晶体管T1和T2组成的两级放大器，以及石英晶体XT和电容器C2组成LC电路。在该电路中，石英晶体相当于一个电感器，C2是一个可变电容器。调整其容量可以使电路进入谐振状态。该振荡器的电源电压为5V，输出波形为方波。

晶振和复位的常用电路图

微控制器的内部时钟和外部时钟。单片机有内部时钟模式和外部时钟模式两种： (1)单片机的XTAL1和XTAL2有内部振荡器结构，但仍然需要连接一个晶振和两个电容才可以组成时钟电路。这种利用晶振产生信号的方式是内部时钟方式； (2)单片机还可以工作在外部时钟模式。外部时钟方式比较简单。您可以直接将时钟信号输入到单片机的XTAL1引脚。波，而XTAL2 引脚悬空。既然外部时钟方式比内部时钟方式方便，为什么大多数微控制器系统仍然选择内部时钟方式呢？这是因为单片机内部的振荡器可以与晶振、电容组成一个非常好的时钟信号源。如果要产生这样的信号作为外部时钟信号并输入到单片机中，需要添加的器件远不止一个晶振和两个电容这么简单。时钟电路在单片机系统中非常重要。它控制着单片机的工作节奏，是必不可少的一部分。

晶体振荡器电路晶体振荡器是晶体振荡器的简称。从电学上来说，它可以等效为一个电容和电阻并联、一个电容串联的二端网络。在电气工程中，该网络有两个谐振点，根据频率划分。较低频率为串联谐振；较高的频率是并联谐振。由于晶体本身的特性，两个频率之间的距离相当近。在这个极窄的频率范围内，晶振就相当于一个电感器，所以只要在晶振两端并联适当的电容，就会形成并联谐振电路。该并联谐振电路可加入负反馈电路，构成正弦波振荡电路。由于相当于电感的晶振的频率范围很窄，即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会改变。一个很大的变化。

晶振有一个重要参数——负载电容值。通过选择与负载电容值相等的并联电容，即可得到晶振的标称谐振频率。一般晶振电路在晶振两端接一个反相放大器（注意放大器不是反相器），然后在晶振两端接两个电容，每个电容的另一端连接到地时，这两个串联电容器的电容值应等于负载电容。请注意，一般IC的引脚都有等效输入电容，不可忽视。一般晶振的负载电容为15pF或12.5pF。如果还考虑元件引脚的等效输入电容，采用两个22pF电容构成晶振的振荡电路是更好的选择。

如上图所示：晶振向单片机提供工作信号脉冲。这个脉冲就是单片机的工作速度。例如，12M晶振单片机的工作速度为每秒12M。当然，单片机的工作频率是有一个范围的，不能太大。一般24M就不会上去，否则不稳定。

由晶振和单片机的引脚XTAL0、XTAL1组成的振荡电路会产生同步波（即不希望存在的其他频率的波）。该波对电路影响不大，但会降低电路时钟振荡器的稳定性。为了电路的稳定性，ATMEL只建议在晶振的两个引脚处接两个10pf-50pf的陶瓷电容到地，以减少同波对电路稳定性的影响。因此，晶振的电容应在10pf-50pf之间。目前还没有时间的计算公式。

晶振电路中电容C1、C2如何选择？ (1)由于每种晶振都有各自的特点，所以最好按照厂家提供的数值来选择外部元件。

(2)在允许的范围内，C1和C2值越低越好。虽然较大的C值有利于振荡器的稳定性，但会增加启动时间。

(3)C2值应大于C1值，这样可以加快上电时晶振的启动速度。

在石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的应用中，需要注意负载电容的选择。不同厂家生产的石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的特性和质量有较大差异。选择时，必须了解该类振荡器的关键指标，如等效电阻、厂家推荐的负载电容、频率偏差等。在实际电路中，还可以用示波器观察振荡波形来判断是否正常。振荡器正处于最佳状态。使用示波器观察振荡波形时，请观察OSCO 引脚（振荡器输出）。应选择带宽大于100MHz的示波器探头。该探头输入阻抗高，容抗小，对振荡波形的影响相对较小。 （由于探头上一般有10-20pF的电容，观察时适当减小OSCO引脚处的电容，可以获得更接近实际的振荡波形）。工作良好的振荡波形应该是良好的正弦波，并且峰峰值应大于电源电压的70%。如果峰峰值小于70%，可适当减小OSCI和OSCO引脚上的外部负载电容。反之，如果峰峰值接近电源电压，振荡波形失真，可适当增大负载电容。

使用示波器检测OSCI（振荡器输入）引脚。如何解决容易导致振荡器停止的问题？

有些探头阻抗很小，不能直接测试。可以使用一系列电容器对其进行测试。例如，对于常用的4MHz石英晶体谐振器，制造商通常推荐的外部负载电容约为10~30pF。如果中心值为15pF，则C1和C2各取30pF以获得其串联等效电容值15pF。同时考虑到附加的电路板分布电容、芯片引脚电容、晶振自身寄生电容等都会影响总电容值，实际配置C1和C2时，各取20~15pF左右即可。 C1、C2最好采用瓷片电容。

如何判断电路中晶振是否过驱动？电阻RS通常用于防止晶体振荡器被过度驱动。过度驱动晶振会逐渐磨损晶振的触点镀层，从而导致频率上升。可以使用示波器来检测OSC 输出引脚。如果检测到非常清晰的正弦波，且正弦波的上下限满足时钟输入要求，则说明晶振没有过驱动；反之，如果正弦波形的波峰和波谷两端变平，波形变成方形，则晶体被过驱动。此时需要一个电阻RS来防止晶振过驱动。判断电阻RS大小最简单的方法是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢增大，直到正弦波不再平坦为止。这样就可以找到最接近的电阻RS值。

以上知识分享希望能够帮助到大家！