单片机
晶振,在板子上看上去一个不起眼的小器件,但是在数字电路里,就像是整个电路的心脏。数字电路的所有工作都离不开时钟,晶振的好坏,晶振电路设计的好坏,会影响到整个系统的稳定性。所以说晶振是智能硬件的“心脏”。
每个单片机系统里都有晶振(晶体震荡器),在单片机系统里晶振的作用非常大,他结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。
复杂的电子产品,晶振是必须的,而RC或LC振荡无法企及,原因就是信号的稳定性不够,而晶振的三种切型:AT切,SC切和X切,把石英按照一定的角度切成薄片,而根据其厚度就可以给出一定的频率信号,根据需要可以任意设计频率值。
石英晶体俗称水晶,成分SiO2,它不仅是较好的光学材料,而且是重要的压电材料。晶体的主要特征是其原子或分子有规律排列,反映在宏观上是外形的对称性。人造水晶在高温高压下结晶而成。在电场的作用下,晶体内部产生应力而形变,从而产生机械振动,获得特定的频率。我们利用它的这种逆压电效应特性来制造石英晶体谐振器。
一、晶振的分类
1、从外观上可以划分为:圆柱晶振(DIP)、贴片晶振(SMD)。
谐振器一般分为插件(Dip)和贴片(SMD)。插件中又分为HC-49U、HC-49U/S、音叉型(圆柱)。HC-49U一般称49U,有些采购俗称 “高型”,而HC-49U/S一般称49S,俗称“矮型”。音叉型按照体积分可分为3*8,2*6,1*5,1*4等等。贴片型是按大小和脚位来分类。例如7*5(0705)、6*3.5(0603),5*3.2(5032)等等。脚位有4pin和2pin之分。
而振荡器也是可以分为插件和贴片。插件的可以按大小和脚位来分。例如所谓全尺寸的,又称长方形或者14pin,半尺寸的又称为正方形或者8pin。不过要注意的是,这里的14pin和8pin都是指振荡器内部核心IC的脚位数,振荡器本身是4pin。而从不同的应用层面来分,又可分为OSC(普通钟振), TCXO(温度补偿),VCXO(压控),OCXO(恒温)等等。
2、从工作性能上分为:石英晶体谐振器(无源)、石英晶体震荡器(有源,带电压的。晶体振荡器又可分为Package石英振荡器(SPXO)、温度补偿石英振荡器(TCXO)、电压控制石英振荡器(VCXO)、恒温槽式石英振荡器(OCXO))。
①无源晶体——无源晶体需要用DSP片内的振荡器,在datasheet上有建议的连接方法。无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP,而且价格通常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。
②有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高。对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,因为可以选用比较精密的晶振,甚至是高档的温度补偿晶振。有些DSP内部没有起振电路,只能使用有源的晶振,如TI的6000系列等。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大,但现在许多有源晶振是表贴的,体积和晶体相当,有的甚至比许多晶体还要小。有源晶振逐步演变为市场主流。
有源晶振的主要参数:
1)、总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。
2)、 率压控线性:与理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。
3)、 频率温度稳定度:在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。
4)、 频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器元件的缓慢变化造成的。因此,其频率偏移的速率叫老化率,可用规定时限后的最大变化率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:± 1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。
5)、 开机特性(频率稳定预热时间):指开机后一段时间(如 5 分钟)的频率到开机后另一段时间(如1小时)的频率的变化率,表示了晶振达到稳定的速度。
我们知道了这些内容后,又听到别人说过陶瓷晶振,那么相比石英晶振总会有所不同了吧,这是当然的啦!
陶瓷谐振器多用在电视,DVD摇控,玩具产品等精度要求不高的产品中,而对于精度要求较高的电子仪器仪表,通信通讯等消费电子产品中,就需要石英谐振器了,而且根据不同的需要,调整频差也要求不一。而且,晶振现在是越做越小,业内现在也只做3225的晶振,而于更小型化的2025,暂时还没有出现,这是一个方向。早晚都会出来的。
在现实生活中,手机蓝牙一般用4025或5032 13MHZ或26MHZ的帖片晶体振荡器;而MP3,U盘大多用5032 12.000MHz的帖片晶体;对于视频采集卡或GPS用的就更加精准一些。例如:SMD TCXO 19.2MHZ或38.4MHZ,最后通信通讯用25.000MHZ的帖片晶体。
二、与晶振相关的术语解释专业词:
1、标称频率:晶振是一种频率元器件,每一款晶振都有自己的频率。频率通常会标识在产品外壳上,进口晶振品牌则会有品牌的logo标识又或字母代替。
2、温度频差:在规定条件下,在工作温度范围内相对于基准温度(25±2℃)时工作频率的允许偏差。
3、工作频率:晶体与工作电路共同产生的频率。
4、调整频差:在规定条件下,基准温度(25±2℃)时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。
5、负载谐振频率(fL):在规定条件下,晶体与一负载电容相串联或相并联,其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率.在串联负载电容时,负载谐振频率是两个频率中较低的一个,在并联负载电容时,则是两个频率中较高的一个。
6、动态电阻:串联谐振频率下的等效电阻。用R1表示。
7、负载谐振电阻:在负载谐振频率时呈现的等效电阻。用RL表示.RL=R1(1+C0/CL)2
8、激励电平:晶体工作时所消耗功率的表征值。激励电平可选值有:2mW、1mW、0.5mW 、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW等。
9、基频:在振动模式最低阶次的振动频率。
10、老化率:在规定条件下,晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。
11、静电容:等效电路中与串联臂并接的电容,也叫并电容,通常用C0表示。
12、负载电容:与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容,通常用CL表示。负载电容系列是:8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100P。只要可能就应选推荐值:10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。32.768K晶振常用的负载电容为12.5PF,6PF,9PF等。
13、泛音:晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍,这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有3次泛音,5次泛音,7次泛音,9次泛音等。
文章来源:畅学电子网
单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的32位300M的高速单片机。
1、万事开头难、要勇敢迈出第一步。
开始的时候,不要老是给自己找借口,说KEIL不会建项目啦、没有实验板啦之类的。遇到困难要一件件攻克,不会建项目,就先学它,这方面网上教程很多,随便找找看一下,做几次就懂了。然后可以参考别的人程序,抄过来也无所谓,写一个最简单的,让它运行起来,先培养一下自己的感觉,知道写程序是怎么一回事,无论写大程序还是小程序,要做的工序不会差多少,总得建个项目,再配置一下项目,然后建个程序,加入项目中,再写代码、编译、生成HEX,刷进单片机中、运行。必须熟悉这一套工序。个人认为,一块学习板还是必要的,写好程序在上面运行一下看结果,学习效果会好很多,仿真器就看个人需要了。单片机是注重理论和实践的,光看书不动手,是学不会的。
2、知识点用到才学,不用的暂时丢一边。
厚厚的一本书,看着人头都晕了,学了后面的,前面的估计也快忘光了,所以,最好结合实际程序,用到的时候才去看,不必说非要把书从第一页看起,看完它才来写程序。比如你写流水灯,完全就没必要看中断的知识,专心把流水灯学好就是了,这是把整本书化整为零,一小点一小点的啃。
3、程序不要光看不写,一定要自己写一次。
最开始的时候,啥都不懂,可以抄人家的程序过来,看看每一句是干什么用的,达到什么目的,运行后有什么后果,看明白了之后,就要自己写一次,你会发现,原来看明白别人的程序很容易,但到自己写的时候却一句也写不出来,这就是差距。。。当你自己能写出来的时候,说明你就真的懂了。
4、必须学会掌握调试程序的方法。
不少人写程序,把代码写好了,然后一运行,不是自己想要的结果,就晕了,然后跑到论坛上发个帖子,把程序一贴,问:为什么我的程序不能正常运行?然后就等别人来给自己分析。这是一种很不好的行为,应该自己学会发现问题和学会如何解决问题。这就需要学习调试程序的方法,比如KEIL里,可以下断点啦,查看寄存器内容等等,这些都是调试程序的手段,当你发现你写的程序运行结果和你想象中不一样的时候,你可以单步,也可以下断点,然后跟踪,查看各相关寄存器内容,看看程序运行过中是不是有什么偏差,找出影响结果的地方,改正过来。这一个过程非常重要,通过程序的排错,你可以学到的知识是书上得不到的。
5、找到解决问题思路比找到代码更重要。
我们用单片机来控制周边器件,达到我们想到的目的,这是一个题目,而如何写出一个程序,来控制器件按你想要的结果去运作,这个就是解题的思路。要写程序,就得先找到解决问题的思路,你学会找出这个解题思路,比你找到代码更为重要。不少人很喜欢找人家的代码,有的人甚至有了代码就直接复制到自己的程序中,可以说,这不是一种学习的态度,无助于你编程水平的提高。我几乎不怎么看人家的代码,多数时候是看别人的思路,有方框图最好,没有的话文字说明也可以,要从代码中看出别人处理问题的思路,是相当困难的,特别是大型的程序,看起来是非常的累人,所以现在我也明白了,以前读书时说的程序流程图很重要,现在算是知道了。当你知道一个问题怎么去解决了,那么剩下的只是你安排代码去完成,这就已经不是什么问题了。(http://www.diangon.com版权所有)举个例子:数码管动态扫描,没写过的初学者可能搞不清是怎么回事,其实,就是分时让每一时间段时只控制一只数码管显示数字,几只数码管轮流显示,由于速度很快,人眼的看起来是全部数码管都亮的。明白是这么一回事,事情就好办了,剩下的事情,无非是你安排让一只只数码管轮流显示出相应的数值。显示数字,然后延时一下,再下一只显示数字,延时,知道是这样,我们实际程序上只要做到这样就可以:往段口送段码,然后打开位选显示一只,延时一下,再关闭位选,再送出段码,再打开另一只位选..仅此而已。有了解决问题的思路,我们就能问题拆分开来,然后逐一的解决,如果动态扫描的原理都没懂,不知道如何做,那么这个程序是怎么也写不出来的。
6、开动脑筋,运用多种方法,不断优化自己的程序。
想想用各种不同方法来实现同一功能。这是一个练习和提高的过程,一个问题,你解决了,那么你再想想,能不能换种写法,也可以实现同一功能,或者说,你写出来的代码,能不能再精简一点,让程序执行效率更高,这个过程,就是一个进步的过程。很多知识和经验的获得,并不是直接写在书让你看就可以得到的,需要自己去实践,开动脑筋,经验才能得到积累,编程水平才能有所提高。
7、看别人的代码,学习人家的思路。
这个在学习初期是很有用,通过看别人的代码,特别是有多年编程经验的人写出的具有一定水平的代码,可以使自己编程水平得到迅速的提高,同时,也可以结合别人的编程手法,与自己的想法融合在一起,写出更高水平的代码,从中得到进步。但要注意,切忌将学习变成抄袭,更不是抄袭完了就认为自己学会了,这样做只会使你退步。
8、尝试编写一下综合应用的程序。
从流水灯学起,到动态扫描,再到中断,那么,你可以试试写一下时钟这种综合性应用的程序,不要小看时钟,要写好它不是一件容易的事情,它包括了单片机大部分的知识,比如有按键(IO读取)、动态扫描(IO输出)、中断等,如何协调好各功能模块正常工作,才是编程者需要学习的地方,当你单独写一个功能的时候,比如按键读取,你可能感觉很容易,因为你的程序啥也不做,只是读按键。但把它和其它功能混合在一起,如何在整个程序运行中使每一部分都正常工作,这就不是写一个按键读取这么容易的事情,功能模块之间有可能会互相影响,比如你需要让数码管既能显示,又要去处理按键读取,怎么使这两部分都正常工作,这就是一个协调过程。当你有了这个处理协调能力,你就算是入门了。
9、着重于培养解决问题的能力,而不是具体看自己编写了多少代码或者做过什么。
“学单片机重点在于学习解决问题的思路,而不是局限于具体的芯片类型和语言”这一直是我的座右铭,是我学单片机多年来感悟出来的。经常看到有人说“你会驱动XX芯片,真牛啊”“你搞过XX项目,真厉害”之类的话,其实这是非常片面的,搞过XX芯片,搞过XX项目,只能说明你做过这一项目,它只是你的业绩,并不是代表能力就一定高。真正的能力应该是:“遇到没有解决过的问题或器件,能利用自己已学的知识,迅速找到解决问题的方法。”这个才是能力。写程序的过程就是一个创造的过程,几乎没有完全一样的项目,每次你遇上的几乎都不相同,所以你拥有的必须是你面对新项目时的创造能力,而不是标榜着你以往做过多少项目。当然,业绩也能从另一侧面反映你的经验和水平。
10、如果有可能,多学习计算机专业的知识,比如数据结构等。
这些是你解决问题的基础知识,你把这些知识应用得越好,就会发现越容易找到解决问题的方法,这就是为什么一个学计算机专业的人编的程序和一个非计算机专业的人编的程序有差异的原因。也是一个菜鸟进军到高手所要配备的知识。如果我们把编程分为宏观编程和微观编程,那么微观编程就是写具体的代码,比如控制某某器件的语句;而宏观编程就是如何对整个程序进行布局、安排,使功能模块以你想要的方式去运行,得出你想要的结果。如前所说“会控制XX器件”这些只能算是微观编程,能做到这一步还只能算是菜鸟级别,如果面对一个新的器件,你心里没底,没把握去写这个控制程序,那说明你还是一个初级的菜鸟。当你有了一定的编程经验,控制过相当数量的器件之后,你就会发现,控制器件这些工作都是相似的、重复的工作,体现不出编程的水平,最多也是写得好与不好的差别,只能算是一些小技巧的应用。而对整个程序进行布局、安排这些才是最头痛的事情,能达到宏观编程和微观编程都做好才是真正的高手。对于规模越大的程序,越能体现出这一点。
11、面对一个新项目时,多自己开动脑筋,不要急于找别人的程序。
有不少人面对一个新项目时,第一步想到的就是网上找别人写过的代码,然后抄一段,自己再写几句,凑在一起就完成任务,这虽然可能是省时间,但绝对不利你的学习。当你接到一个新项目时,应该先自己构思一下整个程序的架构,想想如何来完成,有可能的话,画一个流程图,简单的可以画在脑子里,对程序中用到的数据、变量有一个初步的安排,然后自己动手去写,遇到实在没办法解决的地方,再去请教别人,或看别人是怎么处理的,这样首先起码你自己动过脑想过,自己有自己的思路,如果你一开始就看别人的程序,你的思维就会受限在别人的思维里,自己想再创新就更难了,这样你自己永远也没办法提高,因为你是走在别人的影子里。
12、多利用网络的搜索,学会提问题。
一般来说,学习过程中,你遇上的问题,前人们多数也有遇上的,所以如果有什么不懂,在自己解决不了的时候,最好先到网上搜索一下,看能不能找到答案,找不到再到论坛里发问,发问也要有目的性,尽量简单明了的描述问题,让帮助你的人可以用最少的时间就看懂你说什么,毕竟人家帮助你是免费的,时间也是有限的。