单片机晶振的必要性_单片机晶振的作用_单片机晶振电路原理（51单片机）

什么是晶振

晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

对于单片机来说晶振是很重要的，可以说是没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期就无法执行程序代码，那样的话单片机就无法工作。接下来跟随小编详细的了解一下单片机晶振的电路原理及作用。

单片机晶振的必要性

单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括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12x（1/12）us，也就是1US。

MCS-51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较馒，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。为了衡量指令执行时间的长短，又引|入一个新的概念： 指令周期。所谓指令周期就是指执行条指令的时间。例如，当需要计算DJNZ指令完成所需要的时间时，首先必须要知道晶振的频率晶振，设所用晶振为12MHZ，则一个机器周期就是1US。而DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次要2US。如果该指令需要执行500次，正好1000us，也就是1ms。

机器周期不仅对于指令执打有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。例如一个单片机选择了12MHZ晶振，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是1us，这就是单片机的定时原理。

单片机晶振电路原理（51单片机）

XTAL1和XTAL2指的是8051系单片机上常见的用于接“晶振”（晶体谐振器-Crystal Resonator”）的两个引脚。从原理上来说，这两个引脚和MCU内部一个反相器相连接。这个反相器与外部的“晶振”组成一个构成一个皮尔斯振荡器（Pierce oscillator）。因为这个振荡器集成在器件内部的组件实在是不能更简单啦，就一个反相器和一个电阻，非常合适于各种数字IC的设计制造流程。

深入地分析这个皮尔斯振荡器的工作原理时，不妨把它表述成以下理想的电路形式：

模电知识告诉我们，当期望得到一个输出信号频率为的振荡电路时，这个电路在必须满足两个条件：2kπ的环路相移闭环增益为1

在上面的皮尔斯振荡器的电路原理图中，不难发现反相器U1对任意的频率分量均提供了180°，即的相移量。同时，反相器在输入输出之间可以看作是一个buffer，因此通过对反相器的输出特性进行调教，较容易得到1的loop gain。

到这里有人会问了，相移量只有，上面的两个条件连一个都没达到，这哪能起振呢？问题的关键在于电路中的其它元件上。

首先，对电路中的一颗“晶振”来说，石英晶体本身具有压电效应，对石英晶体进行适当处理后可以得到一种压电谐振器件，这就是常见的石英晶体谐振器（以下简称QCR）。对QCR的物理特性进行分析，可以发现QCR的压电谐振过程可以用以下的理想电路模型近乎完美地表示出来。

右图的电路模型中，L1-C1-R1组成了一个RLC串联谐振电路，再加上一个实际很小的C0，整个QCR电路模型有两个很接近的谐振点。QCR在电路中与反相器并联，充当的是一个选频网络的作用。整个振荡电路在上电时可以看作是反相器的输出端打进去了一个阶跃信号，QCR把阶跃中谐振点频率的信号挑出来，其他没用的踢掉，在环路增益为1的情况下整个电路趋于稳态平衡。

模电的知识告诉我们，在QCR // inverter的组合下，这个皮尔斯振荡器已经具备了一个理想的振荡电路中的两大网络（选频+放大）。貌似振荡器中的R1和C1//C2没有什么卵用啊。且慢，这个R1和C1//C2，正是这个电路中最美妙的地方。