一、晶振的原理及作用

晶振是时钟元件,全称是晶体震荡器。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡。
作用：结合晶振电路产生芯片正常工作所须的时钟频率。芯片一切指令的执行都是建立在这个基础上。
频率越高，那芯片运行速度也就越快。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。


二、晶振电路




起振电容（谐振电容）




作用是滤除干扰。

每一种晶振都有各自的特性，
电容值取决于晶振负载电容值（不要照抄原理图，否则频率会偏，具体算法可百度），一般取15p-45p（12p-15p）。晶振负载电容可从厂家获得
频率越高，应该越小。



三、晶振类型

晶振的类型有SMD和DIP型，即贴片和插脚型 。

	

在单片机中晶振是普遍存在的，那么晶振为什么这么必要，原因就在于单片机能否正常工作的必要条件之一就是时钟电路，所以单片机就很需要晶振，打个比方来说：晶振好比单片机的心脏，如果没有心脏起跳，单片机无法工作，晶振值越大，单片机运行速度越快，有时并不是速度越快越好，对于电子电路而言，速度够用就是最好，速度越快越容易受干扰，可靠性越差！下面小编带你了解整个晶振的原理以及晶振电路的构造。
晶振，全称是石英晶体振荡器，是一种高精度和高稳定度的振荡器。通过一定的外接电路来，可以生成频率和峰值稳定的正弦波。而单片机在运行的时候，需要一个脉冲信号，做为自己执行指令的触发信号，可以简单的想象为：单片机收到一个脉冲，就执行一次或多次指令。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接入到晶振的两端，另一个电容则接地，这两个电容串联的电容量就等于负载电容。具体电路如下图所示。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。负载电容+等效输入电容=22pF
无源晶振有源晶振：
晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路(电感、电容、电阻等)，如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。
晶振起振原理：
石英晶片所以能做振荡电路(谐振)是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(决定于晶片的尺寸)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。
石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻(RR)，谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。
可能有些初学者会对晶振的频率感到奇怪，12M、24M之类的晶振较好理解，选用如11.0592MHZ的晶振给人一种奇怪的感觉，这个问题解释起来比较麻烦，如果初学者在练习串口编程的时候就会对此有所理解，这种晶振主要是可以方便和精确的设计串口或其它异步通讯时的波特率。
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    在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，也就是晶振电路。

目录

晶振电路的作用

晶振电路的原理

晶振电路中常见问题




晶振电路的作用


　　电容大小没有固定值。一般二三十p。晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。这个脉冲就是单片机的工作速度。比如 12M晶振。单片机工作速度就是每秒 12M。和电脑的 CPU概念一样。当然。单片机的工作频率是有范围的。不能太大。一般 24M就不上去了。不然不稳定。

　　接地的话数字电路弄的来乱一点也无所谓。看板子上有没有模拟电路。接地方式也是不固定的。一般串联式接地。从小信号到大信号依次接。然后小信号连到电源处。有变压器就连到变压器旁。

　　数模地分开。分别拉到电源处。

　　不可形成回路。

　　这个是因为晶振与单片机的脚XTAL0和脚XTAL1构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不希望存在的其他频率的波)，这个波对电路的影响不大，但会降低电路的时钟振荡器的稳定性。

　　为了电路的稳定性起见，ATMEL公司只是建议在晶振的两引脚处接入两个10pf-50pf的瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响，所以晶振所配的电容在10pf-50pf之间都可以的，没有什么计算公式。

　　但是主流是接入两个33pf的瓷片电容，所以还是随主流。



晶振电路的原理


　　晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。

　　晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。

　　一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。

　　一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。



晶振电路中常见问题


　　晶振电路中如何选择电容C1，C2?

　　(1):因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。

　　(2):在许可范围内，C1，C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。

　　(3):应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。

　　在石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的应用中，需要注意负载电容的选择。不同厂家生产的石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的特性和品质都存在较大差异，在选用，要了解该型号振荡器的关键指标，如等效电阻，厂家建议负载电容，频率偏差等。在实际电路中，也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态。示波器在观察振荡波形时，观察OSCO管脚(Oscillator output)，应选择100MHz带宽以上的示波器探头，这种探头的输入阻抗高，容抗小，对振荡波形相对影响小。(由于探头上一般存在10～20pF的电容，所以观测时，适当减小在OSCO管脚的电容可以获得更接近实际的振荡波形)。工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波，峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%，可适当减小OSCI及OSCO管脚上的外接负载电容。反之，若峰峰值接近电源电压且振荡波形发生畸变，则可适当增加负载电容。

　　用示波器检测OSCI(Oscillator input)管脚，容易导致振荡器停振，原因是:

　　部分的探头阻抗小不可以直接测试，可以用串电容的方法来进行测试。如常用的4MHz石英晶体谐振器，通常厂家建议的外接负载电容为10～30pF左右。若取中心值15pF，则C1，C2各取30pF可得到其串联等效电容值15pF。同时考虑到还另外存在的电路板分布电容，芯片管脚电容，晶体自身寄生电容等都会影响总电容值，故实际配置C1，C2时，可各取20～15pF左右。并且C1，C2使用瓷片电容为佳。

　　问:如何判断电路中晶振是否被过分驱动?

　　答:电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升。可用一台示波器检测OSC输出脚，如果检测一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动;相反，如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。

外部晶振电路



8MHz晶振连接时钟系统的HSE（外部高速时钟），32.768Hz晶振连接时钟系统的LSE（外部低速）为微控制器提供高低两种精度的时钟系统

晶振的工作原理：

晶振是石英晶体谐振器（quartz crystal oscillator）的简称，也称有源晶振。CPU一切指令的执行都是建立在它产生的时钟频率信号的基础上，时钟信号频率越高，通常CPU的运行速属度也就越快。

只要是包含CPU的电子产品，都至少包含一个时钟源。因为stm32核心板芯片内部未集成由晶振组成的时钟系统，所以我们需要多用2i个IO口外接晶振电路。而stm32F103ZET6芯片内部已集成，无需外接。

独立按键电路



这三个按键，每个按键并联一个电容，通过一个10kΩ电阻连接到3.3V电源。按键未按下时，输入到STM32微控制器的电压为高电平，按键按下时，输入到STM32微控制器的电压为低电平。可输入输出。



KEY0 和 KEY1 用作普通按键输入，并没有使用外部上拉电阻，但是 STM32 的 IO 作为输入的时候，我们能可以使用 STM32 的内 部上拉电阻来为按键提供上拉。

KEY_UP键除了可以用作普通输入按键外，还可 以用作 STM32 的唤醒输入。注意：这个按键是高电平触发的。

按键电路的工作原理：（对独立按键而言）

当按键没按下时，CPU对应的I/O接口由于内部有上拉电阻，其输入为高电平；当某键被按下后，对应的I/O接口变为低电平。只要在程序中判断I/O接口的状态，即可知道哪度个键处于闭合状态。



独立键盘理想的波形是按下去时保持低电平，实际上在上升沿和下降沿的过程中（即按键和离键时的一段微小时间）会出现抖动。消抖的方法有两种，一种是通过硬件：在电路上连个电容（stm32核心板的独立按键电路就是这样消抖的）；另一种是软件消抖，根据经验增加10ms的延时。（软件实现）
通常来说，独立按键电路每个按键都要占用一个IO口，开发中选用的芯片可能不够用啊，那么多模块，所以我们会选用矩阵按键电路



如图所示：4*4矩阵键盘有4行4列按键，单片机4个I/O口接矩阵键盘的行线，另外4个I/O口接矩阵键盘的列线，通过对行线列线的操作完成按键的识别和操作。只占用八个IO口！！！

原理：

(1)置第1行为低电平（0），其余行为高电平，读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下。(2)置第2行为低电平（0），其余行为高电平，读取列线数据，列线有低电平表示此行有按键按下。…(N-1)根据行线列线的电平不同可以识别是否有按键按下，哪一个按键按下，获取按键号。(N) 根据按键号跳转至对应的按键处理程序。程序中记得消抖！！