單片機里的時鐘源詳解
無論是單片機還是微處理器，它們的核心都是大規(guī)模的時序邏輯電路，而驅(qū)動時序邏輯電路的動力則是準確而穩(wěn)定的時鐘源——不要小看定語“準確而穩(wěn)定”哦，實際上人類的科技之所以能如此穩(wěn)定、高速的發(fā)展，就是離不開準確而穩(wěn)定的時鐘源。比如單片機所使用的晶體振蕩器，就是一種比較準確的時鐘源。
在晶體振蕩器之前，振蕩源一般是LC振蕩電路等電路，但它們會受到外界的影響（振動、溫度等），其誤差可能達到kHz級別。長時間的工作情況下其準確度也難以保證。無線電和數(shù)字電路的發(fā)展迫使一種準確且穩(wěn)定的時鐘源誕生，于是就有了晶體振蕩器。
將石英晶體按照一定的方式切割，并向其施加電壓，它就會在外加電場的作用下開始振動，這種性質(zhì)被稱作“壓電性”。這就使得石英晶體擁有了能夠與外界的振蕩諧振的能力。按照同樣的方式切割出來的晶體擁有著相同的振蕩頻率，這也就使得批量生產(chǎn)石英晶體成為了可能。
實用的石英晶體振蕩器的內(nèi)部一般是這樣的：一片精密切割好的晶體放置在中間，被兩片化學處理過的金屬氧化物夾在中間，并用結(jié)實的金屬外殼包裝好。這也是為什么晶振的電路圖符號是一兩個電極夾著一個晶體。典型的石英晶體振蕩器的應用電路如下圖所示：
這種電路被稱作皮爾斯振蕩器，利用一個反相器來完成電路。下方的兩個電容一般取相同的電容值，它們的取值可以微弱的影響整個電路的振蕩頻率。它們的作用是與石英晶體構(gòu)成帶通濾波器，在石英晶體的共振頻率上形成一個180度的相移。這個電路最常見于單片機的時鐘部分。
對于石英晶體來說，被切割的越細，其共振頻率越高——但也不是無極限的，切割的過細的話，石英晶體將很容易破碎。而這個極限頻率大概為20MHz。那那些20MHz以上的晶體是怎么制作的呢？
實際上，對于超過20MHz的晶體，它們所利用的是晶體振蕩頻率中的諧波。我們可以加強晶體的奇數(shù)倍諧波并利用它。比如我想要使用50MHz的晶體的話，我可以制造一塊10MHz的晶體，并使它的結(jié)構(gòu)增強5倍諧波（50MHz）。對于這樣的晶體來說，如果需要純凈的50MHz的話，在使用時就需要使用外接的諧振電路選擇出這個50MHz的諧波。
對于時鐘源這種東西來說，我們永遠不會介意它的精度高，越高越好。但是即使是晶振這種有很長歷史的振蕩器，也足夠我們好好研究上一段時間了呢！
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
