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  • 单片机晶振的基本问题总结
  • 阅读量:3907

  什么是晶振?石英晶振是一种高精度、高稳定性的振荡器。通过一定的外部电路,可以产生频率和峰值稳定的正弦波。当单片机运行时,需要一个脉冲信号来触发指令本身的执行。可以简单地想象,MCU接收到一个脉冲并执行一个或多个指令。

  在学习之初,晶体振荡总是存在许多问题。实际上,晶体振荡就像人的心脏,血液就是脉搏,这使得单片机的晶体振荡清晰,51单片机的其它问题也很容易解决。

  首先,为什么51单片机喜欢使用11.0592MHz晶振?

  首先,由于它可以精确地分为时钟频率,所以它与通用异步收发设备的通用波特率有关。尤其是较高的波特率(1960019200),无论这些值有多奇怪,这些晶振都是准确的,而且经常使用。

  其次,使用11.0592晶振的原因是由51单片机定时器造成的。当使用51单片机的定时器作为波特率发生器时,如果使用11.0592兆赫的晶振,则定时器设定的值均为公式中的整数;如果使用12MHz晶振,则波特率偏离,如9600,用定时器取0xfd,则实际波特率为10000,一般波特率为速率偏差约为4%,因此也可以使用STC90C516晶振的12M波。特殊率为9600,乘时误差率为6.99%,不乘时误差率为8.51%。数据肯定是错误的。这就是为什么我们喜欢在串行通信中使用11.0592兆赫的晶振。波特率加倍时,最大值为57600,错误率为0.00%。12MHz时,最大值为4800,误差率为0.16%,但在允许范围内,影响不大。

  其次,在设计51单片机系统时,为什么要求晶振在单片机旁边?

  其原因是:晶振通过电激励产生固定频率的机械振动,振动对电路产生反馈。电路接收反馈并放大信号。晶振的机械振动再次受到放大电信号的刺激。晶振将振动产生的电流反馈给电路,等等。当电路中激励电信号和晶振的名义频率相同时,电路可以输出信号强、频率稳定的正弦波。整形电路将正弦波转换成方波,送到数字电路中使用。

  问题是晶振的输出容量有限,只能输出毫瓦的电能。在()内部,信号可以被放大器放大数百倍甚至数千倍以正常工作。

  晶振和集成电路通常用铜线连接,可以看作是一根线或几根线。当导线切断磁力线时,就会产生电流。导线越长,产生的电流就越强。实际上,磁力线并不常见,但电磁波无处不在,如无线电波传输、电视塔传输、移动通信等。晶振与集成电路之间的线越长,成为接收天线,接收信号越强,产生的电能越强。在接收到的电信号强度超过或接近晶振产生的信号强度之前,IC中放大器电路的输出将不再是固定频率的方波,而是一个杂乱的信号,导致数字电路不能同步工作而出错。

  因此,在绘制电路板时,晶体振荡越接近其放大器电路(IC管脚)。

  三、单片机电路晶体振动失效原因分析

  单片机振动不足是一种常见现象,那么单片机振动不足的原因是什么呢?

  (1)印刷电路板接线错误;(2)单片机质量有问题;(3)晶振质量有问题;

  (4)匹配与晶振不匹配或电容器质量问题;(5)PCB板受潮,导致不匹配,无法开始振荡;(5)晶振电路过长;

  _在晶振的两个脚和外围电路的影响之间有一条线。

  解决方法:建议按以下方法逐一排除故障:

  (1)消除了电路错误的可能性,因此我们可以使用相应类型的单片机推荐的电路进行比较。(2)排除外围元件坏的可能性,因为外围元件只不过是动作、电容,所以很容易识别是否是好产品。(3)排除晶振将是停止振荡器的可能性,因为只有一个或两个晶振不会被测试。(4)试着改变晶体两端的电容。也许晶振可以开始振荡。电容的大小可参考晶振的说明书。

  _在印刷电路板布线时,晶振电路的线路应尽可能短,并尽可能靠近集成电路,避免晶振两脚之间的线路。

  四、51单片机时钟电路采用12MHz晶振时,如何获得电容值?

  以内部时钟电路为例。

  事实上,没有人能确切地解释如何选择这两个电容器,因为22pF太小了。这只能说与内部振荡电路本身的特性有关。它可以一起用来校正波形。没有人深入探讨为什么它是如此巨大的价值。

  如果19.89C52单片机未与晶振连接,会发生什么?

  单片机不能工作,程序也不能烧录。等待

  五,单片机晶振电路中两个微调电容不对称会怎样?相差多少会使频率怎样变化?

  在检测无线的接受模块时,发现其频率总是慢慢变化(就是一直不松探头的手,发现频率慢慢变小)晶振是新的!

  电容不对称也不会引起频率的漂移,说的频率漂移可能是因为晶振的电容的容量很不稳定引起的,可以换了试,换两电容不难,要不就是的晶振的稳定性太差了,或者测量的方法有问题。

  六,单片机晶振与速度的疑问,执行一条指令的不是由晶振决定的吗。那么比如51单片机和430,给51接高速晶振,430接低速的,是不是51跑的要快?是不是速度单片机速度仅仅与晶振有关,关键是单片机能不能支持那么大的晶振?

  每个单片机的速度是受到内部逻辑门跳变速度限制的。两个芯片同时使用同样的晶振,比如12M的。因为AVR是RISC指令集,它在同样外部晶振频率下,比51要快。

  比如,51最快能接40M,AVR是16M的晶振。

  STC89C52大都用12MHz晶振,但由于其12个时钟周期才是一个机器周期,相当于其主频只有1MHz.

  MSP430采用RISC精简指令集,430单片机若采用内部DCO震荡可达21MHz主频。单个时钟周期就可以执行一条指令,相同晶振,速度较51快12倍。

  对于一个51,给他用更高的晶振,速度会快些。但是对于高级的单片机就不一样了。高级单片机内部,一般都是有频率控制寄存器的,所以,简单的增加晶振,可能达到单片机的极限,导致跑飞。

  七,请问:有什么方法可以确定某一款单片机在某一大小的晶振下是否能正常工作?

  晶振选择太高不太合适,具体晶振上限是多少,恐怕测不出来,只能按照人家单片机的要求,一般STC系列单片机上限是35M或40M,stc单凭上写的有,如STC11F16XE 35I-44G其中35I就是晶振最高35M的工业级芯片。

  超过上限会出现什么样的问题,没有测试过,一般晶振选择12M的比较多,如果选择STC 1T指令的,就相当于12*12=144M的晶振。如果用于串口通信,建议选用11.0592M的或22.184M,选择晶振最主要还是参照人家的说明书。

  八,4个AT89C51单片机能否用一个12M的晶振使其都正常工作?一个采用内部时钟方式,其余三个用外部方式……那四个都用内部方式可以不(将4个单片机都并联在一个晶振上)?

  可以,其中一个正常接晶振,他的XTAL2输出接到另外三个的XTAL1输入上。

  九,单片机的运行速度与晶体振荡器的大小之间的关系。如果单片机的最大工作频率为40M,可以将晶体振荡器设为24M或更高,但不超过40M,那么单片机的运行速度是否会大大提高?长期处于此工作频率是否会对微控制器产生任何不利影响?为晶体振荡器选择微控制器的原理是什么?

  当然,它很有影响力。 MCU的工作速度越快,功耗越大,干扰越严重。总之,最大可以运行40M,而运行不超过40M是没有问题的,只是涉及到技术(如PCB设计组件的选择等)会高得多。



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