掌握晶振：CPU运行的关键与时钟信号 🕒

原帖地址：http://forum.eepw.com.cn/thread/141914/1

问1：
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!

答1：

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”，而时钟就是由晶振产生的。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。

问答2：

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时需要注意，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。
（32.768KHZ的晶振产生的振荡信号经过石英钟内部分频器进行15次分频后得到1HZ秒信号）

时钟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。（容易受温度影响而漂移，就是温漂）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（锁相环）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的输入时钟，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。

牛人关于晶振的问答