晶振是重要元器件之一，對于晶振，本文將對單片機晶振腳的原理加以解析，以幫助大家更好理解晶振。
晶振電路需要2個10-30pF級別的電容作為起振用途，10-30pF具體的值根據(jù)不同的晶振頻率不同的單片機而有所不同，作用都是使晶振起振，如果去掉這2個電容，晶振就不會起振，就沒有頻率輸出，單片機就不會工作。
也有串并連電阻的案例，正常我們不需要那么做，官方的Demo里也是沒有的
XTAL1和XTAL2指的是8051系單片機上常見的用于接“晶振”(晶體諧振器-Crystal Resonator”)的兩個引腳。從原理上來說，這兩個引腳和MCU內(nèi)部一個反相器相連接。這個反相器與外部的“晶振”組成一個構(gòu)成一個皮爾斯振蕩器(Pierce oscillator)。因為這個振蕩器集成在器件內(nèi)部的組件實在是不能更簡單啦，就一個反相器和一個電阻，非常合適于各種數(shù)字IC的設(shè)計制造流程。
原理：
XTAL1和XTAL2分別是一個反相器的輸入和輸出。NMOS的反相器是所謂的E-D結(jié)構(gòu)的電路(一個增強型MOS提供邏輯，一個耗盡型MOS提供上拉)，在模擬應(yīng)用的情形下，從XTAL1提供外部時鐘是不好的(反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不期望的副作用)，而把XTAL1接地，直接從XTAL2驅(qū)動內(nèi)部電路并不需要額外的驅(qū)動能力。
CMOS反相器接成振蕩電路，可以使用大得多的反饋電阻，直接驅(qū)動XTAL1不會有問題，且不允許另外的驅(qū)動源連接到XTAL2，故從XTAL1提供外部時鐘。
一份電路在其輸出端串接了一個22K的電阻，在其輸出端和輸入端之間接了一個10M的電阻，這是由于連接晶振的芯片端內(nèi)部是一個線性運算放大器，將輸入進(jìn)行反向180度輸出，晶振處的負(fù)載電容電阻組成的網(wǎng)絡(luò)提供另外180度的相移，整個環(huán)路的相移360度，滿足振蕩的相位條件，同時還要求閉環(huán)增益大于等于1，晶體才正常工作。
晶振輸入輸出連接的電阻作用是產(chǎn)生負(fù)反饋，保證放大器工作在高增益的線性區(qū)，一般在M歐級，輸出端的電阻與負(fù)載電容組成網(wǎng)絡(luò)，提供180度相移，同時起到限流的作用，防止反向器輸出對晶振過驅(qū)動，損壞晶振。
和晶振串聯(lián)的電阻常用來預(yù)防晶振被過分驅(qū)動。晶振過分驅(qū)動的后果是將逐漸損耗減少晶振的接觸電鍍，這將引起頻率的上升，并導(dǎo)致晶振的早期失效，又可以講drive level調(diào)整用。用來調(diào)整drive level和發(fā)振余裕度。
Xin和Xout的內(nèi)部一般是一個施密特反相器，反相器是不能驅(qū)動晶體震蕩的。因此，在反相器的兩端并聯(lián)一個電阻，由電阻完成將輸出的信號反向 180度反饋到輸入端形成負(fù)反饋，構(gòu)成負(fù)反饋放大電路。晶體并在電阻上，電阻與晶體的等效阻抗是并聯(lián)關(guān)系，自己想一下是電阻大還是電阻小對晶體的阻抗影響小大?
電阻的作用是將電路內(nèi)部的反向器加一個反饋回路，形成放大器，當(dāng)晶體并在其中會使反饋回路的交流等效按照晶體頻率諧振，由于晶體的Q值非常高，因此電阻在很大的范圍變化都不會影響輸出頻率。過去，曾經(jīng)試驗此電路的穩(wěn)定性時，試過從100K～20M都可以正常啟振，但會影響脈寬比的。
晶體的Q值非常高， Q值是什么意思呢? 晶體的串聯(lián)等效阻抗是 Ze = Re + jXe， Re《《 |jXe|， 晶體一般等效于一個Q很高很高的電感，相當(dāng)于電感的導(dǎo)線電阻很小很小。Q一般達(dá)到10^-4量級。
避免信號太強打壞晶體的。電阻一般比較大，一般是幾百K。串進(jìn)去的電阻是用來限制振蕩幅度的，并進(jìn)去的兩顆電容根據(jù)LZ的晶振為幾十MHZ一般是在20~30P左右，主要用與微調(diào)頻率和波形，并影響幅度，并進(jìn)去的電阻就要看 IC spec了，有的是用來反饋的，有的是為過EMI的對策。可是轉(zhuǎn)化為并聯(lián)等效阻抗后，Re越小，Rp就越大，這是有現(xiàn)成的公式的。晶體的等效Rp很大很大。外面并的電阻是并到這個Rp上的，于是，降低了Rp值 ----->增大了Re -----> 降低了Q。精確的分析還可以知道，對頻率也會有很小很小的影響。
對電路中的一顆“晶振”來說，石英晶體本身具有壓電效應(yīng)，對石英晶體進(jìn)行適當(dāng)處理后可以得到一種壓電諧振器件，這就是常見的石英晶體諧振器(以下簡稱QCR)。對QCR的物理特性進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)QCR的壓電諧振過程可以用以下的理想電路模型近乎完美地表示出來。
右圖的電路模型中，L1-C1-R1組成了一個RLC串聯(lián)諧振電路，再加上一個實際很小的C0，整個QCR電路模型有兩個很接近的諧振點。QCR在電路中與反相器并聯(lián)，充當(dāng)?shù)氖且粋€右圖的電路模型中，L1-C1-R1組成了一個RLC串聯(lián)諧振電路，再加上一個實際很小的C0，整個QCR電路模型有兩個很接近的諧振點。QCR在電路中與反相器并聯(lián)，充當(dāng)?shù)氖且粋€選頻網(wǎng)絡(luò)的作用。整個振蕩電路在上電時可以看作是反相器的輸出端打進(jìn)去了一個階躍信號，QCR把階躍中諧振點頻率的信號挑出來，其他沒用的踢掉，在環(huán)路增益為1的情況下整個電路趨于穩(wěn)態(tài)平衡。
模電的知識告訴我們，在QCR // inverter的組合下，這個皮爾斯振蕩器已經(jīng)具備了一個理想的振蕩電路中的兩大網(wǎng)絡(luò)(選頻+放大)。貌似振蕩器中的R1和C1//C2沒有什么卵用啊。且慢，這個R1和C1//C2，正是這個電路中最美妙的地方。
總結(jié)并聯(lián)電阻的四大作用：
1、配合IC內(nèi)部電路組成負(fù)反饋、移相，使放大器工作在線性區(qū);
2、限流防止諧振器被過驅(qū);
3、并聯(lián)降低諧振阻抗，使諧振器易啟動;
4、電阻取值影響波形的脈寬。