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晶振知識(shí)點(diǎn)整理
晶振具有壓電效應(yīng)，即在晶片兩極外加電壓后晶體會(huì)產(chǎn)生變形，反過來如外力使晶片變形，則兩極上金屬片又會(huì)產(chǎn)生電壓。
2023-02-01 10:00:02深圳恒譽(yù)信電子有限公司
晶振知識(shí)點(diǎn)整理
1.晶振原理
晶振具有壓電效應(yīng)，即在晶片兩極外加電壓后晶體會(huì)產(chǎn)生變形，反過來如外力使晶片變形，則兩極上金屬片又會(huì)產(chǎn)生電壓。
2.晶振分類
晶振可分為有源晶振和無(wú)源晶振。
2.1無(wú)源晶振：
（1）無(wú)源晶振為晶體。一般為2引腳的無(wú)極性器件(部分無(wú)源晶振還有無(wú)極性的固定引腳)。
（2）無(wú)源晶振一般需借助與負(fù)載電容形成的時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)。具體的推薦電容一般晶振的技術(shù)規(guī)格書中有介紹。(如：32.768K的晶振搭配12.5PF的電容）
（3）無(wú)源晶振產(chǎn)生的為正弦波信號(hào)。用示波器測(cè)一個(gè)引腳與地之間的波形。
（4）無(wú)源晶振需特殊的引腳搭配。如：XTAL1和XTAL2指的是8051系單片機(jī)上常見的用于接“晶振”的兩個(gè)引腳。從原理上來說，這兩個(gè)引腳和MCU內(nèi)部一個(gè)反相器相連接。這個(gè)反相器與外部的“晶振”組成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)皮爾斯振蕩器（Pierce oscillator）。（不理解，這么用就對(duì)了）
（5）無(wú)源晶振較小為誤差為5PPM。
無(wú)源晶振電路圖
2.2有源晶振：
（1）有源晶振為振蕩器，有4個(gè)引腳。
（2）有源晶振不需要CPU的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)穩(wěn)定，質(zhì)量較好，而且連接方式比較簡(jiǎn)單。但價(jià)格相比無(wú)源晶振貴。
（3）有源晶振產(chǎn)生的信號(hào)為方波信號(hào)。（總有特例為正弦波信號(hào)）示波器測(cè)信號(hào)與GND之間。
（4）有源晶振供電便能產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。
（5）有源晶振誤差較小為0.1PPM。
有源晶振電路圖
3.常用特殊的晶振
3.1 關(guān)于32.768K晶振
32.768K的晶振常用于計(jì)時(shí)。常搭配12.5PF的電容。
T=1/32768。每震蕩32768次就是工作一秒。
32768是2的15次方。0x8000=32768。
將32768連接到一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，第16位每變化一次，正好就是1秒。
32768接的是計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器主要對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)），所以沒有時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期。
一些鐘表等常用32.768K的晶振原因：
1.32768為2的15次方，便于計(jì)算。
2.32768已經(jīng)屬于低頻產(chǎn)品，低于32768晶振體積會(huì)變大，搭配的負(fù)載電容也會(huì)變大。
3.對(duì)于數(shù)字電路，工作頻率越高，就有更高的電路消耗，不利于續(xù)航。
}
3.2 關(guān)于11.0592M晶振
11.0592M的晶振常用于做串口通信，容易設(shè)置波特率。
{
震蕩周期、機(jī)器周期、指令周期。
1.時(shí)鐘周期、振蕩周期、節(jié)拍周期
時(shí)鐘周期又叫做振蕩周期、節(jié)拍周期，定義為時(shí)鐘晶振頻率的倒數(shù)。時(shí)鐘周期是計(jì)算機(jī)中較基本的、較小的時(shí)間單位。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU只完成一個(gè)較基本的動(dòng)作。例如晶振為12M，則時(shí)鐘周期為1/12us。又可以被定義為節(jié)拍。
2.機(jī)器周期
在計(jì)算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。比如，取值周期，取數(shù)周期。在80C51內(nèi)部，機(jī)器周期一般包括于12個(gè)時(shí)鐘周期。例如24M的晶振，機(jī)器周期為12/24M秒。
3.指令周期
指令周期是指取出并完成一條指令所需的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成，分為單周期指令，雙周期指令和多周期指令。
對(duì)于一些簡(jiǎn)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(jī)器周期。對(duì)于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。
}
3.2 關(guān)于12M晶振
12M的晶振易計(jì)算，12M晶振一個(gè)機(jī)器周期為1US。
4.晶振分頻與倍頻
4.1分頻：當(dāng)原來的信號(hào)經(jīng)過n的周期，新的信號(hào)跳變一次，這樣新信號(hào)周期就是原信號(hào)的N倍,新信號(hào)頻率基于老頻率則叫N分頻。如震蕩周期與時(shí)鐘周期。
4.2倍頻：與分頻相反，頻率是增大，當(dāng)新頻率是之前頻率的N倍，則稱為N倍頻。倍頻是利用鎖相環(huán)（PLL）的原理進(jìn)行頻率的增倍。如STM32單片機(jī)外接8M晶振，但是主頻卻能跑72M。
PPL電路原理：
https://blog.csdn.net/leoufung/article/details/50268031
一個(gè)晶振只有一個(gè)固有頻率，通過分頻，倍頻技術(shù)就可以擴(kuò)展出很多頻率，使用靈活，不必每個(gè)頻率都要配一個(gè)對(duì)應(yīng)的晶振。
5.晶振誤差
晶振誤差單位為PPM。
32.768KHZ，誤差為+10ppm 。則1天的誤差為：
10（PPM）*24(小時(shí))*3600（一小時(shí)300秒）/100萬(wàn)（PPM為百萬(wàn)分之一）=0.864秒
1.晶振原理
晶振具有壓電效應(yīng)，即在晶片兩極外加電壓后晶體會(huì)產(chǎn)生變形，反過來如外力使晶片變形，則兩極上金屬片又會(huì)產(chǎn)生電壓。
2.晶振分類
晶振可分為有源晶振和無(wú)源晶振。
2.1無(wú)源晶振：
（1）無(wú)源晶振為晶體。一般為2引腳的無(wú)極性器件(部分無(wú)源晶振還有無(wú)極性的固定引腳)。
（2）無(wú)源晶振一般需借助與負(fù)載電容形成的時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)。具體的推薦電容一般晶振的技術(shù)規(guī)格書中有介紹。(如：32.768K的晶振搭配12.5PF的電容）
（3）無(wú)源晶振產(chǎn)生的為正弦波信號(hào)。用示波器測(cè)一個(gè)引腳與地之間的波形。
（4）無(wú)源晶振需特殊的引腳搭配。如：XTAL1和XTAL2指的是8051系單片機(jī)上常見的用于接“晶振”的兩個(gè)引腳。從原理上來說，這兩個(gè)引腳和MCU內(nèi)部一個(gè)反相器相連接。這個(gè)反相器與外部的“晶振”組成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)皮爾斯振蕩器（Pierce oscillator）。（不理解，這么用就對(duì)了）
（5）無(wú)源晶振較小為誤差為5PPM。
無(wú)源晶振電路圖
2.2有源晶振：
（1）有源晶振為振蕩器，有4個(gè)引腳。
（2）有源晶振不需要CPU的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)穩(wěn)定，質(zhì)量較好，而且連接方式比較簡(jiǎn)單。但價(jià)格相比無(wú)源晶振貴。
（3）有源晶振產(chǎn)生的信號(hào)為方波信號(hào)。（總有特例為正弦波信號(hào)）示波器測(cè)信號(hào)與GND之間。
（4）有源晶振供電便能產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。
（5）有源晶振誤差較小為0.1PPM。
有源晶振電路圖
3.常用特殊的晶振
3.1 關(guān)于32.768K晶振
32.768K的晶振常用于計(jì)時(shí)。常搭配12.5PF的電容。
T=1/32768。每震蕩32768次就是工作一秒。
32768是2的15次方。0x8000=32768。
將32768連接到一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，第16位每變化一次，正好就是1秒。
32768接的是計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器主要對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)），所以沒有時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期。
一些鐘表等常用32.768K的晶振原因：
1.32768為2的15次方，便于計(jì)算。
2.32768已經(jīng)屬于低頻產(chǎn)品，低于32768晶振體積會(huì)變大，搭配的負(fù)載電容也會(huì)變大。
3.對(duì)于數(shù)字電路，工作頻率越高，就有更高的電路消耗，不利于續(xù)航。
}
3.2 關(guān)于11.0592M晶振
11.0592M的晶振常用于做串口通信，容易設(shè)置波特率。
{
震蕩周期、機(jī)器周期、指令周期。
1.時(shí)鐘周期、振蕩周期、節(jié)拍周期
時(shí)鐘周期又叫做振蕩周期、節(jié)拍周期，定義為時(shí)鐘晶振頻率的倒數(shù)。時(shí)鐘周期是計(jì)算機(jī)中較基本的、較小的時(shí)間單位。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU只完成一個(gè)較基本的動(dòng)作。例如晶振為12M，則時(shí)鐘周期為1/12us。又可以被定義為節(jié)拍。
2.機(jī)器周期
在計(jì)算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。比如，取值周期，取數(shù)周期。在80C51內(nèi)部，機(jī)器周期一般包括于12個(gè)時(shí)鐘周期。例如24M的晶振，機(jī)器周期為12/24M秒。
3.指令周期
指令周期是指取出并完成一條指令所需的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成，分為單周期指令，雙周期指令和多周期指令。
對(duì)于一些簡(jiǎn)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(jī)器周期。對(duì)于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。
}
3.2 關(guān)于12M晶振
12M的晶振易計(jì)算，12M晶振一個(gè)機(jī)器周期為1US。
4.晶振分頻與倍頻
4.1分頻：當(dāng)原來的信號(hào)經(jīng)過n的周期，新的信號(hào)跳變一次，這樣新信號(hào)周期就是原信號(hào)的N倍,新信號(hào)頻率基于老頻率則叫N分頻。如震蕩周期與時(shí)鐘周期。
4.2倍頻：與分頻相反，頻率是增大，當(dāng)新頻率是之前頻率的N倍，則稱為N倍頻。倍頻是利用鎖相環(huán)（PLL）的原理進(jìn)行頻率的增倍。如STM32單片機(jī)外接8M晶振，但是主頻卻能跑72M。
PPL電路原理：
https://blog.csdn.net/leoufung/article/details/50268031
一個(gè)晶振只有一個(gè)固有頻率，通過分頻，倍頻技術(shù)就可以擴(kuò)展出很多頻率，使用靈活，不必每個(gè)頻率都要配一個(gè)對(duì)應(yīng)的晶振。
5.晶振誤差
晶振誤差單位為PPM。
32.768KHZ，誤差為+10ppm 。則1天的誤差為：
10（PPM）*24(小時(shí))*3600（一小時(shí)300秒）/100萬(wàn)（PPM為百萬(wàn)分之一）=0.864秒
一個(gè)32.768KHZ，誤差為+10ppm 的晶振，1天的時(shí)間誤差約為0.864秒
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