晶振相关知识

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  • 系列文章目录
  • 一、晶振原理
  • 二、分类
  • 三、晶体(crystal)与晶振(oscillator)
  • 四、有源晶振
  • 五、无源晶振
  • 六、分频
  • 七、倍频
  • 八、预分频
  • 九、后分频
  • 十、晶振误差
  • 十一、万用表如何测晶振
  • 总结


一、晶振原理

晶振能将直流电能转换成具有一定频率的交流电能。在单片机系统里晶振的作用非常大,它结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。自然
(不同频率的晶振有着不同的作用, 例如:32.768K晶振通常用于时间RTC显示,16MHZ、26MHZ等用于传输信号的)

二、分类

晶振可分为有源晶振和无源晶振。

三、晶体(crystal)与晶振(oscillator)

  1. 晶振=振荡器=有源晶振=oscillator
    晶体=谐振器=无源晶振=crystal
  2. 晶振:晶振为有源的4引脚,里面包含了晶体+起振电路;
    晶体:为无源的,一般两个管脚,需要起振电路(如MCU外接晶体+起振电容C1、C2)才可起振;

四、有源晶振

1.有源晶振为振荡器,有4个引脚
2.有源晶振不需要CPU的内部振荡器,信号稳定,质量较好,而且连接方式比较简单。但价格相比无源晶振贵。
3.有源晶振产生的信号为方波信号。(总有特例为正弦波信号)示波器测信号与GND之间。
4.有源晶振供电便能产生一个时钟信号。
5.有源晶振误差最小为0.1PPM。

五、无源晶振

1.无源晶振为晶体。一般为2引脚的无极性器件(部分无源晶振还有无极性的固定引脚)。
2.无源晶振一般需借助与负载电容形成的时钟电路才能产生振荡信号。具体的推荐电容一般晶振的技术规格书中有介绍。(如:32.768K的晶振搭配12.5PF的电容)
3.无源晶振产生的为正弦波信号。用示波器测一个引脚与地之间的波形。
4.无源晶振最小为误差为5PPM。

一个晶振只有一个固有频率,通过分频、倍频可以扩展出许多频率,这样就不必每个频率配一个晶振了。

六、分频

原信号通过N分频,频率变为原来的1/N,周期变为原来的N倍。通过公式也能看到出来 f=1/T,f缩小N倍,周期就会扩大N倍。

七、倍频

N倍频:频率变为N倍、周期变为1/N倍。
倍频是利用锁相环(PLL)的原理进行频率的增倍。其倍频可以为2-16,如STM32单片机外接8M晶振,主频可以跑72M,但是其最大频率不能超过72MHz。

八、预分频

(配合计数器使用)若不预分频,计数器在每个上升沿到来时+1,而使用分频比为1:3的预分频器时,必须等来3个上升沿才计时+1。

九、后分频

(配合计数器使用)只是在计数器值发生变化后起作用。像TMR2的后分频器,若不用,计数器一旦溢出立即置位标志为TMR2IF。若用1:2后分频器时,必须溢出两次才会置位。

十、晶振误差

晶振误差单位为PPM。
32.768KHZ,误差为+10ppm 。则一天的误差为:
10* 24h*3600s/100万(PPM为百万分之一)=0.864秒 一个32.768KHZ,误差为+10ppm 的晶振,一天的时间误差约为0.864秒。

十一、万用表如何测晶振

  1. 先打开万用表,把万用表旋钮箭头旋到直流电压档位,红表笔插到电压孔,黑表笔插到接地孔。
  2. 然后准备好待测试的板子,找到晶振的位置,并找到晶振使用的两个脚。
  3. 测试方法1:把黑表笔接地,红表笔接到晶振的一个引脚上。如图所示:晶振相关知识_第1张图片
    测试方法2:红黑表笔分别接晶振的两个脚。如图所示:
    晶振相关知识_第2张图片
    晶振相关知识_第3张图片

总结

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晶振相关知识_第4张图片

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