晶振在單片機中扮演著什么角色？晶振壞了單片機還能運行程序嗎？

一、前言

今天突然想到一個問題，如果一個單片機的晶振壞了那單片機還能運行程序嗎？帶著這個問題我查詢了很多的治療發(fā)現(xiàn)對于這個問題的資料，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上關(guān)于這個問題的解釋有很多的說法，今天就給大家分享一下我對于這個問題的理解。

二、晶振是什么？

晶振主要是指晶體振蕩器，而晶體振蕩器則是指從一塊石英晶體上按照一定的方位角切下來的薄片，我們簡稱為晶片，是時鐘電路中最重要的部件。石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。

在單片機系統(tǒng)中晶振扮演者著重要的角色，如果單片機沒有晶振（內(nèi)部晶振也沒有）那單片機是沒有辦法運行程序的，至于為什么不能運行程序我們后面會講到。

晶振在整個單片機系統(tǒng)里相當(dāng)于單片機的心臟，一個完整的產(chǎn)品要想穩(wěn)定可靠的工作，沒有晶振的加入是很難達(dá)到應(yīng)有的功能，晶振的作用是為電路的工作提供時序基準(zhǔn)，使各個模塊的工作能夠有條不紊的進(jìn)行下去，因此晶振的指標(biāo)主要有頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度、工作溫度范圍等，晶振還可以為鎖相環(huán)提供頻率基準(zhǔn)，其頻率的準(zhǔn)確度決定了鎖相環(huán)輸出頻率的精度。

在單片機系統(tǒng)中晶振可能不止一個，不同頻率的晶振在整個系統(tǒng)里扮演的角色也是不一樣的，例如32.768K晶振通常用于時間顯示，16MHZ、26MHZ等用于傳輸信號的。

晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振一般又稱作晶體，有源晶振又被稱為振蕩器。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，有源晶振是一個完整的諧振振蕩器，不需要外部提供震蕩信號。

三、沒有晶振可以運行程序嗎？

我們通過前面的學(xué)習(xí)知道了單片機中的晶振主要是用來提供時鐘信號的，那如果單片機上的晶振壞了單片機還能運行我們編寫的程序嗎？

關(guān)于這個問題的答案我想給出以下回答：

如果單片機存在內(nèi)部晶振那么單片機是可以運行程序的，只不過運行的過程不太正常（可能是速度慢，也可能是某些功能不正常）

如果單片機內(nèi)部沒有晶振，那么外部晶振壞了單片機是必然不能運行程序的，關(guān)于這點后面會進(jìn)行講解。

在討論這個問題之前我們先來看一下單片機是怎么運行程序的吧！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(zhǔn)?！獋€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。（來源于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考）

上面的說法是網(wǎng)絡(luò)上的大佬寫的一篇文章，從上面的講解我們知道單片機的程序運行需要晶振提供時鐘信號，雖然單片機程序的運行和晶振之間沒有直接的關(guān)系，但是卻有著密切的聯(lián)系，當(dāng)然在單片機中還存在一個PLL鎖相環(huán)的東西，它可以保證外部晶振與單片機內(nèi)部晶振頻率保持一致。

通過上面的知識我們知道了晶振在單片機程序運行中的作用，那么結(jié)論就顯而易見了，沒有晶振單片機是肯定不能運行的，但是我在網(wǎng)上看到下面這個帖子：

現(xiàn)在來回答上面的問題為什么在單片機系統(tǒng)中沒有接外部晶振單片機仍然能夠成功運行。在單片機內(nèi)部是存在內(nèi)部晶振的，可以為單片機提供低頻的時鐘信號。對于STM32F103c8t6用外部晶振+PLL，時鐘頻率可以去到72M，用內(nèi)部振蕩，只能到48M。

所以在沒有外部晶振的情況下有些單片機是可以維持正常工作的，只不過代碼執(zhí)行的速度會大打折扣，所以如果你要求單片機性能的話，還是建議使用外部晶振的。

四、PCB中晶振電路的要求

位置要選對：晶振內(nèi)部是石英晶體，如果不慎掉落或受不明撞擊，石英晶體易斷裂破損，所以晶振的放置遠(yuǎn)離板邊，靠近MCU的位置布局。

兩靠近：耦合電容應(yīng)盡量靠近晶振的電源管腳，如果多個耦合電容，按照電源流入方向，依次容值從大到小擺放；晶振則要盡量的靠近MCU。

走線短：所有連接晶振輸入/輸出端的導(dǎo)線盡量短，以減少噪聲干擾及分布電容對晶振的影響。

高獨立：盡可能保證晶振周圍的沒有其他元件。防止器件之間的互相干擾，影響時鐘和其他信號的質(zhì)量。晶振周圍 1mm 禁布器件，0.5mm 禁布過孔走線，所有晶振下不打過孔（包括地過孔）。

外殼要接地：晶振的外殼必須要接地，除了防止晶振向外輻射，也可以屏蔽外來的干擾。

另外對于有源晶振和無源晶振還有這不同的不限需要，具體如下;

無源晶振布線要求：

振蕩電路（振蕩單元、振蕩電容）應(yīng)配置在振蕩IC附近；

晶振電路下面的各層都需要鋪地，不能放置器件和走線，尤其是高頻信號線路；

晶振電路做包地處理時需要打大量地孔，否則包地?zé)o意義；

四腳晶振，建議晶振走線從內(nèi)部走，減小晶振的環(huán)路，如下圖所示。

有源晶振布線要求：5. 振蕩電路（振蕩單元、振蕩電容）應(yīng)配置在振蕩IC附近；

晶振電路下面的各層都需要鋪地，不能放置器件和走線，尤其是高頻信號線路；

晶振電路做包地處理時需要打大量地孔，否則包地?zé)o意義；

電源先經(jīng)過旁路電容，然后再進(jìn)入晶振，如下圖所示（高頻噪聲通常直線前進(jìn)）。

五、結(jié)語

對于上面講的內(nèi)容，如果不是做硬件的話作為了解內(nèi)容即可，增加一下自己的知識面，不必深入研究。

審核編輯：湯梓紅