由单片机XTALIN引脚和XTALOUT引脚导出的对晶体震荡电路的深入理解

在单片机使用过程中第一步就是选择单片机的时钟源，常常可以看到如下的电路原理图：

此原理图中使用晶振连接到XTALIN引脚和XTALOUT引脚，给单片机提供时钟频率，下面就来详细分析一下这种电路的工作原理。

单片机的时钟来源一般有以下几种：

1、通过单片机的CLKIN引脚由外部时钟源直接给单片机输入一个方波时钟。

2、像上图所示那样由外部晶振连接单片机的XTALIN引脚和XTALOUT引脚，跟单片机内部的震荡电路一起组成跟个时钟源，通常这种时钟源叫做crystal oscillator (SysOsc)，这种时钟源的精度可以到达很高一般用ppm来表示外部晶振的误差。这种振荡器由外部晶振决定频率，振荡器的最大特点就是频率稳定度高。凡是频率的精度和稳定度要求较高的系统都采用石英晶体振荡器，如电子表、计算机的主时钟、高精密度的信号产生器、所有通信系统的主振荡源等

3、internal RC Oscillator (IRC)内部时钟源，通常是一个固定的频率，比如12M，这种时钟的精度可以达到±1.5%。当通信速率比较高的时候，比如串口用115200的波特率进行通信，这时候如果IRC时钟通信就会出现误码；当把通信速率降低，比如2400波特率的时候就能通信正常，所以在高速通信的时候还是需要用到上面第2种时钟源。

4、单片机的专用时钟源，比如dedicated Watchdog Oscillator (WDOsc)专用于看门狗电路的时钟，用于单片机唤醒的定时器的时钟（internal low-power, low-frequency Oscillato），这种时钟源的精度不高，通常只有±40%的精度。

下图是一个单片机NXP824的时钟资源：

将内部IRC时钟通过切换矩阵SWM 切换到输出pin脚CLKOUT，通过示波器可以看到如下的波形，显示IRC时钟位12M。

void CLKOutInit (void)
{
    LPC_SWM->PINASSIGN[11] = (LPC_SWM->PINASSIGN[11] & (~(0xFF << 16))) |                             
                             (CLKOUT << 16);                             /* 分配CLKOUT到管脚P0_7        */
    
    /*
     * CLKOUTSEL配置
     *  >bit[1:0]       0x0  IRC oscillator             0x1  Crystal oscillator(SYSOSC)
     *                  0x2  WDT oscillator             0x3  Main Clock
     *  >bit[31:2]      Reserved
     */
    LPC_SYSCON->CLKOUTSEL = 3;                                          /* CLKOUT源选择：MAINCLK        */
    LPC_SYSCON->CLKOUTUEN = 1;                                          /* 更新CLKOUT时钟源             */
    while (!(LPC_SYSCON->CLKOUTUEN & 0x01));
    LPC_SYSCON->CLKOUTDIV = 24;                                         /* CLKOUT输出分配系数：24       */
}

 

由上可知，单片机的时钟源都是由震荡器产生的，下面从网络上收集并整理的资料，主要是加深对震荡电路的理解。

 

 

晶体振荡器设计原理

 1.1、振荡器的分类

1.2、振荡产生的原理

1.2.1、自激振荡的产生

1.2.2、产生振荡的条件

 1.3、起振和振幅

 1.3.1、起振过程

1.3.2、振幅的稳定