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【絕對干貨】完曝51單片機(jī)晶振疑難雜癥

發(fā)布時間:2014-10-20 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】回首當(dāng)年,在初學(xué)51單片機(jī)的時候,總是伴隨很多有關(guān)與晶振的問題,今天大俠把自己當(dāng)年學(xué)習(xí)51單片機(jī)有關(guān)晶振的問題一并總結(jié)出來,希望對初學(xué)51的童鞋來說能有幫助。
 
回首當(dāng)年,在初學(xué)51單片機(jī)的時候,總是伴隨很多有關(guān)與晶振的問題,其實(shí)晶振就是如同人的心臟,是血液的是脈搏,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……
  
今天大俠把自己當(dāng)年學(xué)習(xí)51單片機(jī)有關(guān)晶振的問題一并總結(jié)出來,希望對初學(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?yàn)樗軌驕?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(shí)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)?,F(xiàn)實(shí)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?
 
 ?、?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;
 ?、茇?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:
 ?、?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?yàn)橥鈬慵o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?yàn)椴粫辉嚵艘欢€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。
 ?、菰赑CB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(shí)這兩個電容沒人能夠解釋清楚到底怎么選值,因?yàn)?2pF實(shí)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。
  
19.89c52單片機(jī)如果不接晶振會有什么后果?
  
單片機(jī)不工作了 程序無法燒入……等等
  
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?yàn)榫д竦碾娙莸娜萘亢懿环€(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?yàn)锳VR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,給他用更高的晶振,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。
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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(shí)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?的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(shí)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 們一般用的是15P和30P 晶振大小影響不大 們常用的4M 和12M 以及11.0592M和20M 24M 們都用的 30P 單片機(jī)內(nèi)部有相應(yīng)的整形電路 們不比擔(dān)心
  
23.給51單片機(jī)12M晶振接2200pF電容會怎么樣?電路圖里貌似是22pF的,但是沒有22pF的...接2200pF會不會不正常工作?
  
不可以,晶體會不工作的。15-33p是合理范圍??梢栽囋嚳?,對單片機(jī)不會有損壞。
  
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)
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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。
 
 ?、賹1.0口置1,測試該口的電壓是否在2.5V以上;
 ?、趯1.0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?;蛘邠Q4T的W77E58單片機(jī),這樣相當(dāng)于把工作頻率提高3倍?;蛘邠Q1T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?
  
用萬用表測量單片機(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。
 
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