分析 XTAL1 和 XTAL2，及構(gòu)成的時鐘電路

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。