關(guān)于51單片機(jī)晶振的分析總結(jié)

晶振是什么？全稱是石英晶體振蕩器，是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器。通過一定的外接電路來，可以生成頻率和峰值穩(wěn)定的正弦波。而單片機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，需要一個(gè)脈沖信號(hào)，做為自己執(zhí)行指令的觸發(fā)信號(hào)，可以簡(jiǎn)單的想象為：?jiǎn)纹瑱C(jī)收到一個(gè)脈沖，就執(zhí)行一次或多次指令。
　　在初學(xué)51單片機(jī)的時(shí)候，總是伴隨很多有關(guān)與晶振的問題，其實(shí)晶振就是如同人的心臟，是血液的是脈搏，把單片機(jī)的晶振問題搞明白了，51單片機(jī)的其他問題迎刃而解。
　　一，為什么51單片機(jī)愛用11.0592MHZ晶振？
　　其一：因?yàn)樗軌驕?zhǔn)確地劃分成時(shí)鐘頻率，與UART（通用異步接收器/發(fā)送器）量常見的波特率相關(guān)。特別是較高的波特率（19600，19200），不管多么古怪的值，這些晶振都是準(zhǔn)確，常被使用的。
　　其二：用11.0592晶振的原因是51單片機(jī)的定時(shí)器導(dǎo)致的。用51單片機(jī)的定時(shí)器做波特率發(fā)生器時(shí)，如果用11.0592Mhz的晶振，根據(jù)公式算下來需要定時(shí)器設(shè)置的值都是整數(shù)；如果用12Mhz晶振，則波特率都是有偏差的，比如9600，用定時(shí)器取0XFD，實(shí)際波特率10000，一般波特率偏差在4%左右都是可以的，所以也還能用STC90C516晶振12M波特率9600，倍數(shù)時(shí)誤差率6.99%，不倍數(shù)時(shí)誤差率8.51%，數(shù)據(jù)肯定會(huì)出錯(cuò)。這也就是串口通信時(shí)大家喜歡用11.0592MHz晶振的原因，在波特率倍速時(shí)，最高可達(dá)到57600，誤差率0.00%.用12MHz，最高也就4800，而且有0.16%誤差率，但在允許范圍，所以沒多大影響。
　　二，在設(shè)計(jì)51單片機(jī)系統(tǒng)PCB時(shí)，晶振為何被要求緊挨著單片機(jī)？
　　原因如下：晶振是通過電激勵(lì)來產(chǎn)生固定頻率的機(jī)械振動(dòng)，而振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生電流反饋給電路，電路接到反饋后進(jìn)行信號(hào)放大，再次用放大的電信號(hào)來激勵(lì)晶振機(jī)械振動(dòng)，晶振再將振動(dòng)產(chǎn)生的電流反饋給電路，如此這般。當(dāng)電路中的激勵(lì)電信號(hào)和晶振的標(biāo)稱頻率相同時(shí)，電路就能輸出信號(hào)強(qiáng)大，頻率穩(wěn)定的正弦波。整形電路再將正弦波變成方波送到數(shù)字電路中供其使用。
　　問題在于晶振的輸出能力有限，它僅僅輸出以毫瓦為單位的電能量。在IC（集成電路）內(nèi)部，通過放大器將這個(gè)信號(hào)放大幾百倍甚至上千倍才能正常使用。
　　晶振和IC間一般是通過銅走線相連的，這根走線可以看成一段導(dǎo)線或數(shù)段導(dǎo)線，導(dǎo)線在切割磁力線的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生電流，導(dǎo)線越長(zhǎng)，產(chǎn)生的電流越強(qiáng)?，F(xiàn)實(shí)中，磁力線不常見，電磁波卻到處都是，例如：無線廣播發(fā)射、電視塔發(fā)射、手機(jī)通訊等等。晶振和IC之間的連線就變成了接收天線，它越長(zhǎng)，接收的信號(hào)就越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能量就越強(qiáng)，直到接收到的電信號(hào)強(qiáng)度超過或接近晶振產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，IC內(nèi)的放大電路輸出的將不再是固定頻率的方波了，而是亂七八糟的信號(hào)，導(dǎo)致數(shù)字電路無法同步工作而出錯(cuò)。
　　所以，畫PCB（電路板）的時(shí)候，晶振離它的放大電路（IC管腳）越近越好。
　　三，單片機(jī)電路晶振不起振原因分析
　　遇到單片機(jī)晶振不起振是常見現(xiàn)象，那么引起晶振不起振的原因有哪些呢？
　　①PCB布線錯(cuò)誤；②單片機(jī)質(zhì)量有問題；③晶振質(zhì)量有問題；
　　④負(fù)載電容或匹配電容與晶振不匹配或者電容質(zhì)量有問題；⑤PCB板受潮，導(dǎo)致阻抗失配而不能起振；⑥晶振電路的走線過長(zhǎng)；
　　⑦晶振兩腳之間有走線；⑧外圍電路的影響。
　　解決方案，建議按如下方法逐個(gè)排除故障：
　?、倥懦娐峰e(cuò)誤的可能性，因此可以用相應(yīng)型號(hào)單片機(jī)的推薦電路進(jìn)行比較。②排除外圍元件不良的可能性，因?yàn)橥鈬慵o非為電阻，電容，很容易鑒別是否為良品。③排除晶振為停振品的可能性，因?yàn)椴粫?huì)只試了一二個(gè)晶振。④試著改換晶體兩端的電容，也許晶振就能起振了，電容的大小請(qǐng)參考晶振的使用說明。
　?、菰赑CB布線時(shí)晶振電路的走線應(yīng)盡量短且盡可能靠近IC，杜絕在晶振兩腳間走線。
　　四，51單片機(jī)時(shí)鐘電路用12MHZ的晶振時(shí)那電容的值是怎樣得出來的？
　　拿內(nèi)部時(shí)鐘電路來說明吧！
　　其實(shí)這兩個(gè)電容沒人能夠解釋清楚到底怎么選值，因?yàn)?2pF實(shí)在是太小了。這個(gè)要說只能說和內(nèi)部的振蕩電路自身特性有關(guān)系，搭配使用，用來校正波形，沒有人去深究它到底為什么就是這么大的值。
　　19.89c52單片機(jī)如果不接晶振會(huì)有什么后果？
　　單片機(jī)不工作了程序無法燒入……等等
　　五，單片機(jī)晶振電路中兩個(gè)微調(diào)電容不對(duì)稱會(huì)怎樣？相差多少會(huì)使頻率怎樣變化？
　　在檢測(cè)無線鼠標(biāo)的接受模塊時(shí)，發(fā)現(xiàn)其頻率總是慢慢變化（就是一直不松探頭的手，發(fā)現(xiàn)頻率慢慢變?。┚д袷切碌?！
　　電容不對(duì)稱也不會(huì)引起頻率的漂移，說的頻率漂移可能是因?yàn)榫д竦碾娙莸娜萘亢懿环€(wěn)定引起的，可以換了試，換兩電容不難，要不就是的晶振的穩(wěn)定性太差了，或者測(cè)量的方法有問題。
　　六，單片機(jī)晶振與速度的疑問，執(zhí)行一條指令的周期不是由晶振決定的嗎。那么比如51單片機(jī)和MSP430，給51接高速晶振，430接低速的，是不是51跑的要快？是不是速度單片機(jī)速度僅僅與晶振有關(guān)，關(guān)鍵是單片機(jī)能不能支持那么大的晶振？
　　每個(gè)單片機(jī)的速度是受到內(nèi)部邏輯門電平跳變速度限制的。兩個(gè)芯片同時(shí)使用同樣的晶振，比如12M的。因?yàn)锳VR是RISC指令集，它在同樣外部晶振頻率下，比51要快。
　　比如，51最快能接40M，AVR是16M的晶振。
　　STC89C52大都用12MHz晶振，但由于其12個(gè)時(shí)鐘周期才是一個(gè)機(jī)器周期，相當(dāng)于其主頻只有1MHz.
　　MSP430采用RISC精簡(jiǎn)指令集，430單片機(jī)若采用內(nèi)部DCO震蕩可達(dá)21MHz主頻。單個(gè)時(shí)鐘周期就可以執(zhí)行一條指令，相同晶振，速度較51快12倍。
　　對(duì)于一個(gè)51，給他用更高的晶振，速度會(huì)快些。但是對(duì)于高級(jí)的單片機(jī)就不一樣了。高級(jí)單片機(jī)內(nèi)部，一般都是有頻率控制寄存器的，所以，簡(jiǎn)單的增加晶振，可能達(dá)到單片機(jī)的極限，導(dǎo)致跑飛。
　　七，請(qǐng)問：有什么方法可以確定某一款單片機(jī)在某一大小的晶振下是否能正常工作？
　　晶振選擇太高不太合適，具體晶振上限是多少，恐怕測(cè)不出來，只能按照人家單片機(jī)的要求，一般STC系列單片機(jī)上限是35M或40M，stc單憑上寫的有，如STC11F16XE 35I-LQFP44G其中35I就是晶振最高35M的工業(yè)級(jí)芯片。
　　超過上限會(huì)出現(xiàn)什么樣的問題，沒有測(cè)試過，一般晶振選擇12M的比較多，如果選擇STC 1T指令的，就相當(dāng)于12*12=144M的晶振。如果用于串口通信，建議選用11.0592M的或22.184M，選擇晶振最主要還是參照人家的說明書。
　　八，4個(gè)AT89C51單片機(jī)能否用一個(gè)12M的晶振使其都正常工作？一個(gè)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，其余三個(gè)用外部方式……那四個(gè)都用內(nèi)部方式可以不（將4個(gè)單片機(jī)都并聯(lián)在一個(gè)晶振上）？
　　可以，其中一個(gè)正常接晶振，他的XTAL2輸出接到另外三個(gè)的XTAL1輸入上。
　　九，單片機(jī)的運(yùn)行速度和晶振大小的關(guān)系，若單片機(jī)的最高工作頻率是40M，晶振是否可以選擇24M或更高，但不超過40M，這樣單片機(jī)的運(yùn)行速度是否大增？長(zhǎng)期在此工作頻率下對(duì)單片機(jī)是否有不良影響？單片機(jī)對(duì)晶振的選擇的原則是怎樣的？
　　當(dāng)然是有影響的，單片機(jī)的工作速度越快，功耗也越大，受干擾也會(huì)越厲害，總之最高能跑40M的，跑不超過40M的是沒有問題的，只是對(duì)相關(guān)的技術(shù)（如PCB的設(shè)計(jì)元件的選取等）會(huì)高去很多。
　　十，89c51單片機(jī)的復(fù)位電路中常采用12MHZ的晶振，實(shí)際上市場(chǎng)上稍小于12MHZ，為什么呢？
　　答：需要串口通訊時(shí)一般是用11.0582MHZ的，這樣波特率才好算。
　　用12MHZ的工作周期就容易計(jì)算。
　　十一，單片機(jī)晶振上電不起振，但是手碰一下晶振就起振了，為什么？怎么判斷單片機(jī)晶振是否起振呀？
　　看看晶振配的電容焊了沒有，值有沒有錯(cuò)誤？
　　最簡(jiǎn)單是用示波器，另外可以看一下電源是否正常。
　　十二，怎樣判斷單片機(jī)外部晶振有沒有起振？的STC89C52單片機(jī)本來是好好的后來不行了，換了個(gè)晶振就好了。但是過了幾個(gè)小時(shí)后又不行了，是怎么回事。還有就是怎樣判斷晶振是否起振？
　　①先換一塊單片機(jī)試試，問題還在則排除單片機(jī)；②可能是虛焊造成的，這點(diǎn)要注意；③用STC89C52也碰到過類似的問題，換了塊晶振就OK了，好像STC起振不橡AT89S52那么順。其實(shí)對(duì)于STC89C52可以直接看30腳（ALE），接個(gè)燈，起振一下子就能看出來了。
　　十三，51單片機(jī)晶振上接的電容大小該如何選擇？是晶振越大，電容值也要大一些嗎，一般常用多大的。有人說常用的從15-33pf，具體如何選擇效果最好？比如分別用一個(gè)6M和12M的晶振，用多大電容更合適？
　　15-33pf都可以們一般用的是15P和30P晶振大小影響不大們常用的4M和12M以及11.0592M和20M 24M們都用的30P單片機(jī)內(nèi)部有相應(yīng)的整形電路們不比擔(dān)心
　　23.給51單片機(jī)12M晶振接2200pF電容會(huì)怎么樣？電路圖里貌似是22pF的，但是沒有22pF的……接2200pF會(huì)不會(huì)不正常工作？
　　不可以，晶體會(huì)不工作的。15-33p是合理范圍。可以試試看，對(duì)單片機(jī)不會(huì)有損壞。
　　十四，沒有程序的空白單片機(jī)，外部晶振能起振么？
　　沒有內(nèi)部晶振的單片機(jī)，外部晶振可以起振，如傳統(tǒng)類MS51系列單片機(jī)有內(nèi)部晶振的單片機(jī)，外部晶振不會(huì)起振，需要對(duì)外部晶振進(jìn)行配置后才會(huì)起振，如果不對(duì)外部晶振進(jìn)行配置仍使用內(nèi)部晶振，如silicon lab系列C8051F020單片機(jī)
　　十五，為什么at89c52 P1.0輸出2.5v電壓，單片機(jī)好像未工作，晶振波形是不規(guī)則的正弦波可不可以？線路板沒有達(dá)到預(yù)想效果，發(fā)光二極管一直亮，感覺還是單片機(jī)的問題，P1.0輸出2.5v電壓，看門狗用的X5045.怎么回事？
　　將看門狗拿掉，暫時(shí)做成最小系統(tǒng)，既只有電源、8952、晶振和兩只30P左右的電容。
　?、賹1.0口置1，測(cè)試該口的電壓是否在2.5V以上；
　?、趯1.0口置0，測(cè)試改口電壓是否約為0V.
　　是的話就是OK的，否則就要看看電源電壓、晶振、8952了。電源電壓是5+、-0.25V，且紋波一定要小
　　十六，制作max232下載單片機(jī)，工作電壓都正常，要外加晶振嘛？
　　當(dāng)然要加，如果沒有外加晶振，那么單片機(jī)的時(shí)鐘電路就沒有了，導(dǎo)致單片機(jī)串口就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了，最終這個(gè)下載器具就不能下載程序了。
　　十七，若89c52單片機(jī)使用外接晶振，應(yīng)如何設(shè)置？
　　晶振的兩個(gè)管腳各接一個(gè)20~30pf的電容后分別接入單片機(jī)的XTAL1和XTAL2，兩個(gè)電容的另一端并接后接地即可，不再需要任何設(shè)置
　　十八，晶振的原理，如何產(chǎn)生正弦信號(hào)的，詳細(xì)一點(diǎn)，從電路方面分析？
　　晶體可以等效為一個(gè)電感，與里面的電容形成振蕩回路，能量從電感慢慢到電容，再?gòu)碾娙萋诫姼校芏鴱?fù)始形成振蕩。正半周是電容的充放電過程，負(fù)半周是電感的充放電過程。
　　十九，現(xiàn)在要用52單片機(jī)做一個(gè)交通燈電路。要求是紅燈，綠燈30s，黃燈3s.循環(huán)變化。那么外界晶振怎樣選擇？單指令周期多少比較合適？圖中外接的兩個(gè)電容的作用是什么？大小多少合適？
　　如果選擇晶振的話，那兩個(gè)電容值可以選擇：30加減10PF左右的（頻率在0~33MHZ之間）；
　　如果選擇陶瓷晶振的話，電容值可以選擇：40加減10PF左右的（頻率在1.2~12MHZ）振蕩器應(yīng)盡量靠近電容。指令周期是可以算的，這個(gè)是有公式的！
　　二十，89c52單片機(jī)晶振頻率才12兆，太小了，怎樣能改大晶振頻率？
　　外接18.432或者24MHz的晶振?；蛘邠Q4T的W77E58單片機(jī)，這樣相當(dāng)于把工作頻率提高3倍。或者換1T的DS89C4XX單片機(jī)，這相當(dāng)于把工作頻率提高8倍！用1T的STC12C5A60S2單片機(jī)也有這樣的效果。
　　二十一，單片機(jī)不能正常工作，晶振問題？如何去檢查晶振正常還是不正常？另外看到說晶振跟兩個(gè)小電容要離得很近，幾乎都沒剪引腳（就是買回來多長(zhǎng)就多長(zhǎng)）就插上去了，這個(gè)也有關(guān)系嗎？
　　用萬用表測(cè)量單片機(jī)連接晶振的兩個(gè)引腳，正常起振的狀態(tài)下電壓大概比供電電壓的1/2略低一些，如果其中一個(gè)或全部引腳為電源電壓或零就表明沒起振。那個(gè)引腳長(zhǎng)些一般不會(huì)有什么影響，相比之下接地更關(guān)鍵些，兩個(gè)諧振電容接地端到單片機(jī)的電源地要盡量近些。
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