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分析 XTAL1 和 XTAL2,及構成的時鐘電路

GReq_mcu168 ? 來源:未知 ? 作者:工程師郭婷 ? 2018-06-29 17:43 ? 次閱讀
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51單片機的18,19腳XTAL1,XTAL2用來提供外部振蕩源給片內的時鐘電路。

XTAL1和XTAL2引腳,該單片機可以使用外部時鐘也可以使用內部時鐘。

當使用內部時鐘時,此二引線端用于外接石英晶體和微調電容

當使用外部時鐘時,用于接外部時鐘信號,NMOS接XTAL2,CMOS接XTAL1。

原理:

XTAL1和XTAL2分別是一個反相器的輸入和輸出。NMOS的反相器是所謂的E-D結構的電路(一個增強型MOS提供邏輯,一個耗盡型MOS提供上拉),在模擬應用的情形下,從XTAL1提供外部時鐘是不好的(反饋網絡產生不期望的副作用),而把XTAL1接地,直接從XTAL2驅動內部電路并不需要額外的驅動能力。

CMOS反相器接成振蕩電路,可以使用大得多的反饋電阻,直接驅動XTAL1不會有問題,且不允許另外的驅動源連接到XTAL2,故從XTAL1提供外部時鐘。

在電子學上,通常將含有晶體管元件的電路稱作"有源電路"(如有源音箱,有源濾波器等),而僅由阻容元件組成的電路稱作"無源電路"。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同,無緣晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無緣晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號,自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準確;有源晶振有4個引腳,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。

分析 XTAL1 和 XTAL2,及構成的時鐘電路

有源晶振

有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。

有源晶振不需要DSP的內部振蕩器,信號質量好,比較穩定,而且連接方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用一個電容和電感構成的PI型濾波網絡,輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要復雜的配置電路。相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高。

有源晶振是用石英晶體組成的,石英晶片之所以能當為振蕩器使用,是基于它的壓電效應;在晶片的兩個極上加一電場,會使晶體產生機械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會產生機械振動,同時機械變形振動又會產生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動頻率是十分穩定的。當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為“壓電諧振”。

單片機的內部時鐘與外部時鐘

單片機有內部時鐘方式和外部時鐘方式兩種:(1)單片機的XTAL1和XTAL2內部有一片內振蕩器結構,但仍需要在XTAL1和XTAL2兩端連接一個晶振和兩個電容才能組成時鐘電路,這種使用晶振配合產生信號的方法是內部時鐘方式;(2)單片機還可以工作在外部時鐘方式下,外部時鐘方式較為簡單,可直接向單片機XTAL1引腳輸入時鐘信號方波,而XTAL2管腳懸空。既然外部時鐘方式相對內部較為方便,那為什么大多數單片機系統還是選擇內部時鐘方式呢?這是因為單片機的內部振蕩器能與晶振、電容構成一個性能非常好的時鐘信號源,而如果要產生這樣的信號作為外部時鐘信號輸入到單片機中,則需要添加的器件遠不止一個晶振和兩個電容這么簡單。時鐘電路在單片機系統中很重要,它能控制著單片機工作的節奏,是必不可少的部分。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:單片機XTAL引腳引出的晶振分析

文章出處:【微信號:mcu168,微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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