實(shí)例 單片機晶振電容取值固定的由來(lái)

相信很多剛剛接觸單片機的朋友都被前輩們前輩告誡過(guò)，對于單片機晶振電路電容，不是使用22pf，就是使用30pf。但為什么要這樣使用?其中的道理是什么?卻很少有人了解。本文就將通過(guò)實(shí)例的方式為大家分析單片機晶振電路中的取值作用。

本文的實(shí)例采用了一個(gè)ATMEGAL16單片機的溫度采集系統，焊接之后事實(shí)卻并不容易，即便使用萬(wàn)用表也無(wú)法發(fā)現錯誤，之后懷疑是不是單片機鎖死，在更換了幾塊單片機后情況也并未得到改善。經(jīng)過(guò)仔細排查才發(fā)現有兩個(gè)0.1uf的電容焊在了晶振電路中，導致晶振不起振所以整個(gè)電路就表現異常，再換成22pf的電容便馬上正常。

所以究竟是什么原因造成了異常呢?

圖1

其實(shí)單片機和其他一些IC的振蕩電路的真名叫“三點(diǎn)式電容振蕩電路”，如圖1。

Y1是晶體，相當于三點(diǎn)式里面的電感，C1和C2就是電容，5404非門(mén)和R1實(shí)現一個(gè)NPN的三極管，接下來(lái)分析一下這個(gè)電路。

5404必需要一個(gè)電阻，否則它會(huì )處于飽和截止區而不是放大區。R1相當于三極管的偏置作用，讓5404處于放大區域，那么5404就是一個(gè)反相器，實(shí)現了NPN三極管的作用，NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。

一個(gè)正弦振蕩電路要振蕩的條件是系統放大倍數大于1。這個(gè)容易實(shí)現，相位滿(mǎn)足360度，與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就被放大了。接下來(lái)主要講解相位問(wèn)題：

5404因為是反相器，也就是說(shuō)實(shí)現了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1實(shí)現180°移相就可以，恰好，當C1，C2，Y1形成諧振時(shí)，能夠實(shí)現180移相，這個(gè)大家可以解方程等，把Y1當作一個(gè)電感來(lái)做。也可以用電容電感的特性，比如電容電壓落后電流90°，電感電壓超前電流90°來(lái)進(jìn)行分析都是可以的。當C1增大時(shí)，C2端的振幅增強，當C2降低時(shí)，振幅也增強。

有些時(shí)候C1、C2不焊也能起振，這個(gè)不是說(shuō)沒(méi)有C1、C2，而是因為芯片引腳的分布電容引起的，因為本來(lái)C1、C2就不需要很大，所以這一點(diǎn)很重要。接下來(lái)分析這兩個(gè)電容對振蕩穩定性的影響。

因為5404的電壓反饋是靠C2的，假設C2過(guò)大，反饋電壓過(guò)低。假設C2過(guò)小，反饋電壓過(guò)高，儲存能量過(guò)少容易受外界干擾，也會(huì )輻射影響外界。C1的作用對C2恰好相反。因為布板的時(shí)候，假設雙面板比較厚，那么分布電容的影響不是很大，假設在高密度多層板時(shí)，就需要考慮分布電容。

這里需要特別說(shuō)明并需要引起大家注意的是，有些將來(lái)是要用于工控的設計，這些設計建議不要用無(wú)源單片機晶振的方法來(lái)起振，而是直接接有源晶振。也是主要由于無(wú)源晶振需要起振的原因，而工控項目要求穩定性要好，所以會(huì )直接用有源晶振。在有頻率越高的頻率的晶振，穩定度不高，所以在速度要求不高的情況下會(huì )使用頻率較低的晶振。