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有關(guān)51單片機(jī)有關(guān)晶振的問題總結(jié)(干貨)

單片機(jī) ? 2018-02-10 11:02 ? 次閱讀

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

有關(guān)51單片機(jī)有關(guān)晶振的問題一并總結(jié)出來,希望對學(xué)51的童鞋來說能有幫助。

一、為什么51單片機(jī)愛用11.0592MHZ晶振?

其一:因為它能夠準(zhǔn)確地劃分成時鐘頻率,與UART(通用異步接收器/發(fā)送器)量常見的波特率相關(guān)。特別是較高的波特率(19600,19200),不管多么古怪的值,這些晶振都是準(zhǔn)確,常被使用的。

其二:用11.0592晶振的原因是51單片機(jī)的定時器導(dǎo)致的。用51單片機(jī)的定時器做波特率發(fā)生器時,如果用11.0592Mhz的晶振,根據(jù)公式算下來需要定時器設(shè)置的值都是整數(shù);如果用12Mhz晶振,則波特率都是有偏差的,比如9600,用定時器取0XFD,實際波特率10000,一般波特率偏差在4%左右都是可以的,所以也還能用STC90C516 晶振12M 波特率9600,倍數(shù)時誤差率6.99%,不倍數(shù)時誤差率8.51%,數(shù)據(jù)肯定會出錯。 這也就是串口通信時大家喜歡用11.0592MHz晶振的原因,在波特率倍速時,最高可達(dá)到57600,誤差率0.00%。 用12MHz,最高也就4800,而且有0.16%誤差率,但在允許范圍,所以沒多大影響。

二、在設(shè)計51單片機(jī)系統(tǒng)PCB時,晶振為何被要求緊挨著單片機(jī)?

原因如下:晶振是通過電激勵來產(chǎn)生固定頻率的機(jī)械振動,而振動又會產(chǎn)生電流反饋給電路,電路接到反饋后進(jìn)行信號放大,再次用放大的電信號來激勵晶振機(jī)械振動,晶振再將振動產(chǎn)生的電流反饋給電路,如此這般。當(dāng)電路中的激勵電信號和晶振的標(biāo)稱頻率相同時,電路就能輸出信號強(qiáng)大,頻率穩(wěn)定的正弦波。整形電路再將正弦波變成方波送到數(shù)字電路中供其使用。

問題在于晶振的輸出能力有限,它僅僅輸出以毫瓦為單位的電能量。在 IC(集成電路) 內(nèi)部,通過放大器將這個信號放大幾百倍甚至上千倍才能正常使用。

晶振和 IC 間一般是通過銅走線相連的,這根走線可以看成一段導(dǎo)線或數(shù)段導(dǎo)線,導(dǎo)線在切割磁力線的時候會產(chǎn)生電流,導(dǎo)線越長,產(chǎn)生的電流越強(qiáng)。現(xiàn)實中,磁力線不常見, 電磁波卻到處都是,例如:無線廣播發(fā)射、電視塔發(fā)射、手機(jī)通訊等等。晶振和IC之間的連線就變成了接收天線,它越長,接收的信號就越強(qiáng),產(chǎn)生的電能量就越強(qiáng),直到接收到的電信號強(qiáng)度超過或接近晶振產(chǎn)生的信號強(qiáng)度時,IC內(nèi)的放大電路輸出的將不再是固定頻率的方波了,而是亂七八糟的信 號,導(dǎo)致數(shù)字電路無法同步工作而出錯。

所以,畫PCB(電路板)的時候,晶振離它的放大電路(IC管腳)越近越好。

三、單片機(jī)電路晶振不起振原因分析

遇到單片機(jī)晶振不起振是常見現(xiàn)象,那么引起晶振不起振的原因有哪些呢?

① PCB板布線錯誤;②單片機(jī)質(zhì)量有問題;③ 晶振質(zhì)量有問題;④負(fù)載電容或匹配電容與晶振不匹配或者電容質(zhì)量有問題;⑤PCB板受潮,導(dǎo)致阻抗失配而不能起振;⑥ 晶振電路的走線過長;⑦晶振兩腳之間有走線;⑧外圍電路的影響。

解決方案,建議按如下方法逐個排除故障:

① 排除電路錯誤的可能性,因此可以用相應(yīng)型號單片機(jī)的推薦電路進(jìn)行比較。② 排除外圍元件不良的可能性,因為外圍零件無非為電阻,電容,很容易鑒別是否為良品。③ 排除晶振為停振品的可能性,因為不會只試了一二個晶振。④試著改換晶體兩端的電容,也許晶振就能起振了,電容的大小請參考晶振的使用說明。⑤在PCB布線時晶振電路的走線應(yīng)盡量短且盡可能靠近IC,杜絕在晶振兩腳間走線。

四、51單片機(jī)時鐘電路用12MHZ的晶振時那電容的值是怎樣得出來的?拿內(nèi)部時鐘電路來說明吧!

其實這兩個電容沒人能夠解釋清楚到底怎么選值,因為22pF實在是太小了。這個要說只能說和內(nèi)部的振蕩電路自身特性有關(guān)系,搭配使用,用來校正波形,沒有人去深究它到底為什么就是這么大的值。

五、單片機(jī)晶振電路中兩個微調(diào)電容不對稱會怎樣?相差多少會使頻率怎樣變化?在檢測無線鼠標(biāo)的接受模塊時,發(fā)現(xiàn)其頻率總是慢慢變化(就是一直不松探頭的手,發(fā)現(xiàn)頻率慢慢變小)晶振是新的!

電容不對稱也不會引起頻率的漂移,說的頻率漂移可能是因為晶振的電容的容量很不穩(wěn)定引起的,可以換了試,換兩電容不難,要不就是的晶振的穩(wěn)定性太差了,或者測量的方法有問題。

六、單片機(jī)晶振與速度的疑問,執(zhí)行一條指令的周期不是由晶振決定的嗎。那么比如51單片機(jī)和MSP430,給51接高速晶振,430接低速的,是不是51跑的要快?是不是速度單片機(jī)速度僅僅與晶振有關(guān),關(guān)鍵是單片機(jī)能不能支持那么大的晶振?

每個單片機(jī)的速度是受到內(nèi)部邏輯門電平跳變速度限制的。兩個芯片同時使用同樣的晶振,比如12M的。因為AVR是RISC指令集,它在同樣外部晶振頻率下,比51要快。

比如,51最快能接40M,AVR是16M的晶振。

STC89C52大都用12MHz晶振,但由于其12個時鐘周期才是一個機(jī)器周期,相當(dāng)于其主頻只有1MHz。

MSP430采用RISC精簡指令集, 430單片機(jī)若采用內(nèi)部DCO震蕩可達(dá)21MHz主頻。單個時鐘周期就可以執(zhí)行一條指令,相同晶振,速度較51快12倍。

對于一個51,給它用更高的晶振,速度會快些。但是對于高級的單片機(jī)就不一樣了。高級單片機(jī)內(nèi)部,一般都是有頻率控制寄存器的,所以,簡單的增加晶振,可能達(dá)到單片機(jī)的極限,導(dǎo)致跑飛。

七、請問:有什么方法可以確定某一款單片機(jī)在某一大小的晶振下是否能正常工作?

晶振選擇太高不太合適,具體晶振上限是多少,恐怕測不出來,只能按照人家單片機(jī)的要求,一般STC系列單片機(jī)上限是35M或40M,stc單憑上寫的有,如STC11F16XE 35I-LQFP44G其中35I就是晶振最高35M的工業(yè)級芯片。

超過上限會出現(xiàn)什么樣的問題,沒有測試過,一般晶振選擇12M的比較多,如果選擇STC 1T指令的,就相當(dāng)于12*12=144M的晶振。如果用于串口通信,建議選用11.0592M的或22.184M,選擇晶振最主要還是參照人家的說明書。

八、4個AT89C51單片機(jī)能否用一個12M的晶振使其都正常工作?一個采用內(nèi)部時鐘方式,其余三個用外部方式...那四個都用內(nèi)部方式可以不(將4個單片機(jī)都并聯(lián)在一個晶振上)?

可以,其中一個正常接晶振,他的XTAL2輸出接到另外三個的XTAL1輸入上。

九、單片機(jī)的運(yùn)行速度和晶振大小的關(guān)系,若單片機(jī)的最高工作頻率是40M,晶振是否可以選擇24M或更高,但不超過40M,這樣單片機(jī)的運(yùn)行速度是否大增?長期在此工作頻率下對單片機(jī)是否有不良影響?單片機(jī)對晶振的選擇的原則是怎樣的?

當(dāng)然是有影響的,單片機(jī)的工作速度越快,功耗也越大,受干擾也會越厲害,總之最高能跑40M的,跑不超過40M的是沒有問題的,只是對相關(guān)的技術(shù)(如PCB的設(shè)計元件的選取等)會高去很多。

十、89c51單片機(jī)的復(fù)位電路中常采用12MHZ的晶振,實際上市場上稍小于12MHZ,為什么呢?

答:需要串口通訊時一般是用11.0582MHZ的,這樣波特率才好算。

用12MHZ的工作周期就容易計算。

十一、單片機(jī)晶振上電不起振,但是手碰一下晶振就起振了,為什么?怎么判斷單片機(jī)晶振是否起振呀?

看看晶振配的電容焊了沒有,值有沒有錯誤?

最簡單是用示波器,另外可以看一下電源是否正常。

十二、怎樣判斷單片機(jī)外部晶振有沒有起振?STC89C52單片機(jī)本來是好好的后來不行了,換了個晶振就好了。但是過了幾個小時后又不行了,是怎么回事。還有就是怎樣判斷晶振是否起振?

①先換一塊單片機(jī)試試,問題還在則排除單片機(jī);②可能是虛焊造成的,這點(diǎn)要注意;③用STC89C52也碰到過類似的問題,換了塊晶振就OK 了,好像STC起振不橡AT89S52那么順。其實對于STC89C52可以直接看30腳(ALE),接個燈,起振一下子就能看出來了。

十三、51單片機(jī)晶振上接的電容大小該如何選擇?是晶振越大,電容值也要大一些嗎,一般常用多大的。有人說常用的從15-33pf,具體如何選擇效果最好?比如分別用一個6M和12M的晶振,用多大電容更合適?

15-33pf都可以,一般用的是15P和30P 晶振,大小影響不大。常用的4M 和12M 以及11.0592M和20M 24M 都用的30P,單片機(jī)內(nèi)部有相應(yīng)的整形電路,不必?fù)?dān)心。

十四、沒有程序的空白單片機(jī),外部晶振能起振么?

沒有內(nèi)部晶振的單片機(jī),外部晶振可以起振,如傳統(tǒng)類MS51系列單片機(jī)有內(nèi)部晶振的單片機(jī),外部晶振不會起振,需要對外部晶振進(jìn)行配置后才會起振,如果不對外部晶振進(jìn)行配置仍使用內(nèi)部晶振,如silicon lab系列C8051F020單片機(jī)。

十五、為什么at89c52 P1.0輸出2.5v電壓,單片機(jī)好像未工作,晶振波形是不規(guī)則的正弦波可不可以?線路板沒有達(dá)到預(yù)想效果,發(fā)光二極管一直亮,感覺還是單片機(jī)的問題,P1.0輸出2.5v電壓,看門狗用的X5045,怎么回事?

將看門狗拿掉,暫時做成最小系統(tǒng),既只有電源、8952、晶振和兩只30P左右的電容。

①將P1.0口置1,測試該口的電壓是否在2.5V以上;

②將P1.0口置0,測試改口電壓是否約為0V。

是的話就是OK的,否則就要看看電源電壓、晶振、8952了。電源電壓是5+、-0.25V,且紋波一定要小

十六、制作max232下載單片機(jī),工作電壓都正常,要外加晶振嘛?

當(dāng)然要加,如果沒有外加晶振,那么單片機(jī)的時鐘電路就沒有了,導(dǎo)致單片機(jī)串口就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了,最終這個下載器具就不能下載程序了。

十七、若89c52單片機(jī)使用外接晶振,應(yīng)如何設(shè)置?

晶振的兩個管腳各接一個20~30pf的電容后分別接入單片機(jī)的XTAL1和XTAL2,兩個電容的另一端并接后接地即可,不再需要任何設(shè)置

十八、晶振的原理,如何產(chǎn)生正弦信號的,詳細(xì)一點(diǎn),從電路方面分析?

晶體可以等效為一個電感,與里面的電容形成振蕩回路,能量從電感慢慢到電容,再從電容慢慢到電感,周而復(fù)始形成振蕩。正半周是電容的充放電過程,負(fù)半周是電感的充放電過程。

十九、現(xiàn)在要用52單片機(jī)做一個交通燈電路。要求是紅燈,綠燈30s,黃燈3s。循環(huán)變化。那么外界晶振怎樣選擇?單指令周期多少比較合適?圖中外接的兩個電容的作用是什么?大小多少合適?

如果選擇晶振的話,那兩個電容值可以選擇:30加減10PF左右的(頻率在0~33MHZ之間);

如果選擇陶瓷晶振的話,電容值可以選擇:40加減10PF左右的(頻率在1.2~12MHZ)振蕩器應(yīng)盡量靠近電容。指令周期是可以算的,這個是有公式的!

二十、89c52單片機(jī) 晶振頻率才12兆,太小了,怎樣能改大晶振頻率?

外接18.432或者24MHz的晶振。或者換4T的W77E58單片機(jī),這樣相當(dāng)于把工作頻率提高3倍。或者換1T的DS89C4XX單片機(jī),這相當(dāng)于把工作頻率提高8倍!用1T的STC12C5A60S2單片機(jī)也有這樣的效果。

二十一、單片機(jī)不能正常工作,晶振問題?如何去檢查晶振正常還是不正常?另外看到說晶振跟兩個小電容要離得很近,幾乎都沒剪引腳(就是買回來多長就多長)就插上去了,這個也有關(guān)系嗎?

萬用表測量單片機(jī)連接晶振的兩個引腳,正常起振的狀態(tài)下電壓大概比供電電壓的1/2略低一些,如果其中一個或全部引腳為電源電壓或零就表明沒起振。那個引腳長些一般不會有什么影響,相比之下接地更關(guān)鍵些,兩個諧振電容接地端到單片機(jī)的電源地要盡量近些。

如何學(xué)好單片機(jī)?

許多年前,自己用面包板搭了一個51的最小系統(tǒng),然后連了幾個LED,并用匯編寫了第一個走馬燈程序的時候是很興奮不已的。

(1)從一個8位的單片機(jī)學(xué)習(xí)起來,51的可以,PIC,AVR的也可以,這些比較好學(xué)一些,資料也很多。學(xué)習(xí)它的架構(gòu),工作方式,工作原理

(2)邊學(xué)邊實踐的方式是最好的,最好能有一塊學(xué)習(xí)板和調(diào)試器,可以從單片機(jī)內(nèi)部的模塊一個一個實踐起來,IO,RAM,F(xiàn)lash,UART,等等

(3)如果有可能,可以自己選一個課題,或者有實際的項目綜合實踐一下。

(4)變成語言用C語言,比較容易入門,通用性移植性都很好。以后可以很容易從一個單片機(jī)的開發(fā)過度到完全不同系列和架構(gòu)的單片機(jī)。

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原文標(biāo)題:學(xué)好單片機(jī)設(shè)計,關(guān)于晶振的這些難題一定要先搞懂!

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