关于晶振?

qzl1125186

关于晶振? [复制链接]

看datasheet时经常会遇到晶振的问题,上网查了些资料感觉还是很迷茫,说的太理论了,希望高手给予解答,谢谢
1,晶振有什么作用?
2,晶振和时序有什么关系?
3,为什么需要有不同的晶振在一个板子上?
4,在程序中发现可以用定时器根据不同的晶振调整波特率,为什么可以一调整?
谢谢!

wanglq2005

CPU运行时是一步一步的，每“一步”执行一条指令，这个“一步”的判断依据就是来自晶振。低端CPU的运行速度由晶振直接决定。高端CPU的运行速度由晶振倍频后产生时钟决定。
比如
89C51的经典晶振是11.0592MHz，其运行频率是11.0592MHz/12。
PC机的奔腾，酷睿等CPU也是有晶振的（别问是多少Hz的，我也不知道:-)），倍频N倍后可到GHz。

时序的细化就是“依赖时钟进行运作的顺序”，而时钟就是有晶振产生的。不过说实话，这两者没有直接联系。时序更多的是涉及一组信号之间的关系，比如I2C接口的SCL/SDA，这两者之间有严格的时序关系。SPI的CLK/MISO/MOSI，也有时序依赖关系。USB的D+/D-也有协议要求的时序关系。这些看起来是跟晶振没有直接的关系。

不同的CPU，不同的芯片，都有其标准定制的运行频率，所以需要不同的晶振。比如，USB1.1需要的是48MHz时钟进行分频，那么一般需要12MHz晶振，倍频4倍得到48MHz。RTC时钟需要比较准确的1S（1秒）定时，所以需要32.768KHz的晶振。

你说的波特率一般是针对串口的，其他通讯一般不用“波特率”。用不同的晶振，要得到同样的波特率，所需要做的分频是不一样的，所以你看到的设置就不同了。

flcqzc

学习了。。。谢谢楼上兄弟的讲解。。。
谢谢！

xiaoma0430

晶振是由特殊材料制成的频率控制器件，有精确计时的特性。比如石英表，里头用的就是石英做的晶振。晶振的特点是通电以后会按很精确的频率产生信号跳变——每隔很固定的时间跳变一次。那这个产生出来的信号就叫时钟。

计算机的几乎所有的数字器件工作是由信号跳变来驱动的。初步的时钟信号是很弱的，要经过放大，分频或倍频等处理机制，才能用来做驱动时钟。注意晶振的作用就是频率精确化。其实不精确的频率，也可以驱动数字器件工作的。要工作，只要有跳变就可以了，有晶振就可以预测比较精确的时间。

所有的时序都是根据时钟和由时钟模式化的输入得到的时钟模式化的输出。注意时序核心的其实不是时间，而是时钟的跳变。

由于生产工艺、集成电路设计等各方面因素，每个器件的额定工作频率是不一样的，这样在一个板子上使用多个器件的话，可能就需要到多个晶振。另外，时钟信号是频率较高的方波信号，如果是传播距离太长会衰减，还会受干扰。

频率是可以倍频或分频的。分频比较容易，要把频率分成原来频率的2倍就做个控制每2个跳变给一个跳变的输出（注意，这也是一个时序，只是这里的输入信号就是时钟自己，没有其它额外的输入）。倍频则是通过一些电路得到输入的频率n倍的新频率。

另外，所谓波特率一般是指每秒的方波数。你说的调整波特率实际上一般都是分频操作。计时器实际就是计算时钟的跳变数。如果频率精确，就记到准确时间了。

caolina1128

啰嗦几句：
晶振的原理是石英晶体的压电效应，即在晶体两端电压的变化，会产生压力的变化，压力的变化，会产生电压的变化，晶振在工作时输出的震荡信号，实际上就是电压与晶体产生的共振频率。
物体的机械震荡都会有一个固有频率，我们知道，这个固有频率是非常稳定的，仅与物体的密度、质量、体积有关系。所以晶振通常作为一个高精度的时钟信号源。
通过仔细切割晶体，就能够得到合适的共振频率，直接使用这个频率的叫基音晶振，高于25M的晶振，机械震荡通常很难维持这么高的频率，因此通过外加LC选频回路选出其高次谐波，这种叫做泛音晶振。泛音晶振一般选择奇次谐波，所以你会看到3次泛音 5次泛音 7次泛音……

因为固有频率受晶体的体积影响，所以晶振频率会受到温度影响，在时钟精度要求高的场合，需要用到温度补偿，你如果看到TCXO，说的大致上就是这个东西了。

压电效应的应用非常广泛，压电陶瓷片、一次性打火机都是用的这个原理。

aihys

感谢楼上的回答

再问一下USB1.1需要的是48MHz时钟进行分频，那么一般需要12MHz晶振，倍频4倍得到48MHz。为什么不直接用48MHz晶振,而要选择倍频?
RTC时钟需要比较准确的1S（1秒）定时，为什么需要32.768KHz的晶振。

时钟是一定要通过晶振产生的吗?

为什么调整波特率实际上一般都是分频操作?而不是倍频?波特率不是有大有小吗?
通过分频率为什么可以调整波特率?

xujualiang

呵呵,踊跃发言!

thinkz

再问一下USB1.1需要的是48MHz时钟进行分频，那么一般需要12MHz晶振，倍频4倍得到48MHz。为什么不直接用48MHz晶振,而要选择倍频?
答：
   一般高频晶振容易对外围电路或受到外围电路的影响，PCB layout是需要注意，
   所以有些芯片为了使用方便，采用低频晶振倍频的方式得到高频。
   但这不是绝对的，很多电路采用50M甚至更高频率的晶振。

RTC时钟需要比较准确的1S（1秒）定时，为什么需要32.768KHz的晶振。
答：
   数字电路都是用2进制表示数字，32768表示为1000000000000000（15个零），
   这样只要检测到最高位变化，就知道1秒了，不要检查每个位，电路简单。

时钟是一定要通过晶振产生的吗?
答：
   还有其他方式产生时钟，例如RC电路等，但精度不高。
   很多单片机不要晶振，就是内部有RC振荡电路。

为什么调整波特率实际上一般都是分频操作?而不是倍频?
答：
   分频电路是数字电路，在实现上只要一个计数器加一个比较器就可以了，
   而倍频电路是模拟电路，一般是PLL实现，实现M、N在一定范围内的M/N的倍频或分频，比较复杂，而且对电路电源的干扰敏感，
   所以能采用分频的一般不用倍频。

波特率不是有大有小吗?
答：
   波特率是特指某个设备或协议的通讯速度，不同的设备或协议又较大区别，同一设备或协议也可能工作在多种波特率下，
   例如以太网卡可以达到10M/100M/1000M，而I2C为100K/400K，RS232（串口）一般最大为115.2K

通过分频率为什么可以调整波特率?
答：
   分频的原理就是用一个计数器计数输入的时钟个数，到了指定个数切换输出电平，
   例如一个10M的输入始终，每个时钟切换一次输出，则输出为5M，
   注意：输出一个1加一个0才是一个完整输出时钟，所以分频器输出至少是2分频，因此如果每5个时钟切换一次输出，就只有1M了