51單片機(jī)的18,19腳XTAL1,XTAL2用來提供外部振蕩源給片內(nèi)的時鐘電路。
XTAL1和XTAL2引腳,該單片機(jī)可以使用外部時鐘也可以使用內(nèi)部時鐘。
當(dāng)使用內(nèi)部時鐘時,此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容;
當(dāng)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(jié)構(gòu)的電路(一個增強(qiáng)型MOS提供邏輯,一個耗盡型MOS提供上拉),在模擬應(yīng)用的情形下,從XTAL1提供外部時鐘是不好的(反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不期望的副作用),而把XTAL1接地,直接從XTAL2驅(qū)動內(nèi)部電路并不需要額外的驅(qū)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(qū)動XTAL1不會有問題,且不允許另外的驅(qū)動源連接到XTAL2,故從XTAL1提供外部時鐘。
在電子學(xué)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(chǎn)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(zhǔn)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。
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(nèi)部振蕩器,信號質(zhì)量好,比較穩(wěn)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(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò),輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要復(fù)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(dāng)為振蕩器使用,是基于它的壓電效應(yīng);在晶片的兩個極上加一電場,會使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會產(chǎn)生機(jī)械振動,同時機(jī)械變形振動又會產(chǎn)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(wěn)定的。當(dāng)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(jī)械振動的幅度將急劇增加,這種現(xiàn)象稱為“壓電諧振”。
單片機(jī)的內(nèi)部時鐘與外部時鐘
單片機(jī)有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種:(1)單片機(jī)的XTAL1和XTAL2內(nèi)部有一片內(nèi)振蕩器結(jié)構(gòu),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(chǎn)生信號的方法是內(nèi)部時鐘方式;(2)單片機(jī)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(jī)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(nèi)部較為方便,那為什么大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)還是選擇內(nèi)部時鐘方式呢?這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的內(nèi)部振蕩器能與晶振、電容構(gòu)成一個性能非常好的時鐘信號源,而如果要產(chǎn)生這樣的信號作為外部時鐘信號輸入到單片機(jī)中,則需要添加的器件遠(yuǎn)不止一個晶振和兩個電容這么簡單。時鐘電路在單片機(jī)系統(tǒng)中很重要,它能控制著單片機(jī)工作的節(jié)奏,是必不可少的部分。
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原文標(biāo)題:單片機(jī)XTAL引腳引出的晶振分析
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