單片機與晶振到底有什么關系？

時間：2021-12-07 16:16:50

關鍵字：單片機晶振指令周期封裝

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[導讀]在初學單片機的時候，總是伴隨很多有關于晶振的問題，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。01什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...

在初學單片機的時候，總是伴隨很多有關于晶振的問題，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。
01
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。
02
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，那么當定時器的數值加1時，實際經過的時間就是1us，這就是單片機的定時原理。
03
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調整頻率，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。
04
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，那么當定時器的數值加1時，實際經過的時間就是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。
05
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，內部有時鐘電路，只需供電便可產生振蕩信號。一般分7050、5032、3225、2520幾種封裝形式。
06
結語

在進行單片機設計的時候，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，這就需要權衡諸如穩(wěn)定度、工作溫度范圍、晶體老化效應、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，而且包含產品全壽命的使用成本。

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