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牛人关于晶振的问答

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本帖最后由 Youyou 于 2014-3-21 17:54 编辑

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。

Grey  中级技匠

发表于 2014-3-21 18:13:09

那问一下,陶瓷振荡器和普通的晶振 有什么大的区别吗?
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Youyou  初级技匠
 楼主|

发表于 2014-3-21 18:31:21

Grey 发表于 2014-3-21 18:13
那问一下,陶瓷振荡器和普通的晶振 有什么大的区别吗?

石英晶片,镀上电极 ,装在一个支架上,加上外壳 ,就成了石英晶体谐振器(就是你看到的带两个腿的东西)。石英晶体谐振器再加上振荡、放大或者整形等电路, 封装到金属壳内,就成了石英晶体振荡器 ,一般有四个端子(电源端、地、输出、还有一个压控或者悬空端子) 。石英晶体谐振器简称晶体,石英晶体振荡器简称晶振。石英晶体必须接入振荡线路才有信号输出,而晶体振荡器本身带有振荡电路,所以有电源供电就能有信号输出。有的人不是很了解,把两类东西都叫晶振,而且把晶体说成无源晶振,把晶振说成是有源晶振 ,其实这个说法是不恰当的 。

石英晶体谐振器的频率稳定度高达百万分之几(ppm),做成振荡器其频率稳定度可达-6量级。如果是温补振荡器也可达-7量级。如果是恒温振荡器可做到-8~-9量级,多层恒温振荡器更可达到-9量级。做为系统时钟,可以达到几百年不差一秒。
而陶瓷谐振器频率稳定度只有千分之几。与石英晶体谐振器比显然差了很多。但陶瓷谐振器的特点是起振容易,且价格低廉。用在对时钟要求不太高的电路中比石英晶体谐振器在性价比上有优势。如电视机遥控器等。

以上文字来自百度知道,仅供参考!
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Grey  中级技匠

发表于 2014-3-21 18:35:05

Youyou 发表于 2014-3-21 18:31
石英晶片,镀上电极 ,装在一个支架上,加上外壳 ,就成了石英晶体谐振器(就是你看到的带两个腿的东西) ...

多谢指教,现在最常用的是哪一种?
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Youyou  初级技匠
 楼主|

发表于 2014-3-21 23:47:55

Grey 发表于 2014-3-21 18:35
多谢指教,现在最常用的是哪一种?

这要看具体情况了,一般单片机系统上用的都是石英晶体谐振器。亲,11.0592M 是不是很亲切呢?
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Youyou  初级技匠
 楼主|

发表于 2014-3-25 10:55:11

Grey 发表于 2014-3-21 18:13
那问一下,陶瓷振荡器和普通的晶振 有什么大的区别吗?

楼下怎么没回复了呢?:dizzy:
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Angelo  初级技匠

发表于 2014-3-27 11:58:58

Youyou 发表于 2014-3-25 10:55
楼下怎么没回复了呢?

石英晶振的确会靠谱很多,
陶瓷晶振只要手搭上去,单片机很容易重启。。。
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Youyou  初级技匠
 楼主|

发表于 2014-3-27 13:45:07

Angelo 发表于 2014-3-27 11:58
石英晶振的确会靠谱很多,
陶瓷晶振只要手搭上去,单片机很容易重启。。。 ...

印象中,记得有些抗干扰不好的单片机,在它上面短接一个充满电的大容量电容,单片机瞬间死机,而且貌似看门狗也死了。。。
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