平时我们看到的单片机最小系统中一般都是有时钟电路，见得太多以至于习以为常，突然之间问起来为什么要有晶振呢？一般我们就答晶振就像人的心跳，哈哈，但是到底他是怎么工作的呢，本期我们一探究竟。
一、晶振旁边的电容是什么用？可不可以不要？
如上图是51单片机晶振的典型应用电路，一般晶振旁边会带两个30pf或者20pf的电容，这个电容叫做负载电容，这个电容不加也是可以使用的。如果电路不加负载电容，则电路会工作在晶体谐振频率上。这里我们假设晶体的谐振频率为Fr，而加了电容的谐振频率为有载谐振频率我们设为FL，则晶体谐振频率Fr与晶体有载谐振频率FL的关系是：FL＝Fr + Ts*CL，其中Ts为晶体的牵引量，单位为ppm/pF。CL为晶体的负载电容，即晶体旁边加的那个电容，单位为pF。所以说不加电容也是可以的，只是电路会工作在晶体谐振频率上即FL＝Fr；
当晶体发生谐振后，会呈现为纯电阻，即谐振阻抗。在有载谐振中，谐振电阻一般会与负载电容呈反比例关系。也就是说负载电容越小，电路的谐振阻抗越高，就越不容易起振，输出波形幅度就越小。但是电路直接工作在晶体谐振频率的状态是非常理想化的，我们一般的电路都或多或少的有一些杂散电容，当电路振荡时，这些杂散电容便被视为晶体的负载电容进行工作。由于这些杂散电容一般都很小，且不稳定，这就造成晶体振荡频率不稳定，且谐振阻抗增高，不同的人设计的地电路走线不一样，杂散电容也不同。
既然有杂散电容存在，那么上面的公式实际应该是：FL = Fr + Ts*(Cy+CL)，其中Cy为杂散电容，那么根据不同的电容可以调整CL值，直到电路工作在你所要的频率上，比如51单片机的12MHz。一般时候这个负载电容CL值不要太小，上面说过电容太小，谐振阻抗会变高，不利于起振且输出幅度小。所以这个电容值一般选取在10至30pF之间，22或30pf也是一种经验数值，此时由于负载电容CL值远远大于杂散电容Cy值，因此对杂散电容的不稳定性可以忽略不计，那么加了负载电容的电路就会更稳定，频率更准确。
二、晶振的作用
通过上面的介绍我们了解了晶振的典型电路，而平时我们也有看到晶振和电容封装在一起的，也有的单片机不需要接外部晶振而是直接使用内部晶振，总之，无论我们看见看不见，单片机工作是需要晶振的，这是单片机能正常工作的必要条件之一。
晶振，一般我们指的是石英晶体振荡器，是一种高精度和高稳定度的振荡器。通过一定的外接电路来，可以生成频率和峰值稳定的正弦波，它是一种无源晶振。而单片机在运行的时候，需要一个脉冲信号，作为自己执行指令的触发信号，可以简单的想象为：单片机收到一个脉冲，就执行一次或多次指令，这也就是所谓的心跳。无论是简单的51单片机，还是手机里的ARM处理器都是需要晶振的，只是晶振的种类和频率不同。我们本期侧重点是51单片机晶振，别的都类似。
单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。—个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机外接了一个12MHz的晶振，那么它的时钟周期就是1/12us，它的一个机器周期是12×（1/12）us，也就是1us。
在51单片机的所有指令中，有一些完成比较快的指令，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较慢，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才可以运行完毕。为了衡量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念：指令周期。所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。
例如，当需要计算DJNZ指令完成所需要的时间时，首先必须要知道晶振的频率，假如我们使用12兆赫兹晶振，那么一个机器周期就是1us，而DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次就要2us。如果该指令需要执行500次，那就是1000us，也就是1ms。
机器周期不仅对于指令执行有着重要的意义，而且它也是单片机定时器和计数器的时间基准。比如我们常见的51单片机，通常晶振选择12兆赫兹，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是1us，这就是单片机的定时原理。
说白了，晶振就是给单片机提供工作信号脉冲，这个脉冲就是单片机的工作速度，比如12兆晶振，单片机工作速度就是每秒12兆。
来源： 单片机仿真
