在初學(xué)單片機(jī)的時(shí)候，總是伴隨很多有關(guān)于晶振的問(wèn)題，其實(shí)晶振就如同人的心臟，是血液的脈搏。把單片機(jī)的晶振問(wèn)題搞明白了，51 單片機(jī)的其他問(wèn)題迎刃而解。

什么是晶振
晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。

晶振，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(guò)一定的外接電路來(lái)，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。

對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)晶振是很重要的，可以說(shuō)是沒(méi)有晶振就沒(méi)有時(shí)鐘周期，沒(méi)有時(shí)鐘周期就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，那樣的話單片機(jī)就無(wú)法工作。

晶振與單片機(jī)周期
單片機(jī)工作時(shí)，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(jī)訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)?！獋€(gè)機(jī)器周期包括 12 個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)單片機(jī)選擇了 12MHz 晶振，它的時(shí)鐘周期是 1/12us，也是一個(gè)晶振周期。它的一個(gè)機(jī)器周期是 12×(1/12)us，也就是 1us。

機(jī)器周期不僅對(duì)于指令執(zhí)行有著重要的意義，而且機(jī)器周期也是單片機(jī)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的時(shí)間基準(zhǔn)。例如一個(gè)單片機(jī)選擇了 12MHz 晶振，那么當(dāng)定時(shí)器的數(shù)值加 1 時(shí)，實(shí)際經(jīng)過(guò)的時(shí)間就是 1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。

單片機(jī)晶振的作用
單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。

在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。

指令周期
指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對(duì)于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。通常含一個(gè)機(jī)器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個(gè)機(jī)器周期的指令稱為雙周期指令。簡(jiǎn)單地說(shuō)，沒(méi)有晶振，就沒(méi)有時(shí)鐘周期，沒(méi)有時(shí)鐘周期，就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無(wú)法工作。

機(jī)器周期不僅對(duì)于指令執(zhí)行有著重要的意義，而且機(jī)器周期也是單片機(jī)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的時(shí)間基準(zhǔn)。例如一個(gè)單片機(jī)選擇了 12 兆赫茲晶振，那么當(dāng)定時(shí)器的數(shù)值加 1 時(shí)，實(shí)際經(jīng)過(guò)的時(shí)間就是 1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。

晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的。這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。比如 12 兆晶振。單片機(jī)工作速度就是每秒 12 兆。單片機(jī)內(nèi)部也有晶振。接外部晶振可以或得更穩(wěn)定的頻率。

另外，在此提一句：晶振與晶體是不一樣的。

晶振與晶體的區(qū)別
（1）晶振是有源晶振的簡(jiǎn)稱，又叫振蕩器，英文名稱是 oscillator。晶體則是無(wú)源晶振的簡(jiǎn)稱，也叫諧振器。英文名稱是 crystal。

（2）無(wú)源晶振（晶體）一般是直插兩個(gè)腳的無(wú)極性元件，需要借助時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)。常見的有 49U、49S 封裝。

（3）有源晶振（晶振）一般是表貼四個(gè)腳的封裝，內(nèi)部有時(shí)鐘電路，只需供電便可產(chǎn)生振蕩信號(hào)。一般分 7050、5032、3225、2520 幾種封裝形式。

結(jié)語(yǔ)
在進(jìn)行單片機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇合適的晶振也是很重要的。器件選型時(shí)一般都要留出一些余量，以保證產(chǎn)品的可靠性。選用較高檔的器件可以進(jìn)一步降低失效概率，帶來(lái)潛在的效益，這一點(diǎn)在比較產(chǎn)品價(jià)格的時(shí)候也要考慮到。

要使振蕩器的“整體性能”趨于平衡、合理，這就需要權(quán)衡諸如穩(wěn)定度、工作溫度范圍、晶體老化效應(yīng)、相位噪聲、成本等多方面因素，這里的成本不僅僅包含器件的價(jià)格，而且包含產(chǎn)品全壽命的使用成本。

審核編輯 黃昊宇