實例 單片機晶振電容取值固定的由來

相信很多剛剛接觸單片機的朋友都被前輩們前輩告誡過，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。本文就將通過實例的方式為大家分析單片機晶振電路中的取值作用。

本文的實例采用了一個ATMEGAL16單片機的溫度采集系統，焊接之后事實卻并不容易，即便使用萬用表也無法發現錯誤，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。經過仔細排查才發現有兩個0.1uf的電容焊在了晶振電路中，導致晶振不起振所以整個電路就表現異常，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

其實單片機和其他一些IC的振蕩電路的真名叫“三點式電容振蕩電路”，如圖1。

Y1是晶體，相當于三點式里面的電感，C1和C2就是電容，5404非門和R1實現一個NPN的三極管，接下來分析一下這個電路。

5404必需要一個電阻，否則它會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就是一個反相器，實現了NPN三極管的作用，NPN三極管在共發射極接法時也是一個反相器。

一個正弦振蕩電路要振蕩的條件是系統放大倍數大于1。這個容易實現，相位滿足360度，與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就被放大了。接下來主要講解相位問題：

5404因為是反相器，也就是說實現了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1實現180°移相就可以，恰好，當C1，C2，Y1形成諧振時，能夠實現180移相，這個大家可以解方程等，把Y1當作一個電感來做。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°來進行分析都是可以的。當C1增大時，C2端的振幅增強，當C2降低時，振幅也增強。

有些時候C1、C2不焊也能起振，這個不是說沒有C1、C2，而是因為芯片引腳的分布電容引起的，因為本來C1、C2就不需要很大，所以這一點很重要。接下來分析這兩個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過大，反饋電壓過低。假設C2過小，反饋電壓過高，儲存能量過少容易受外界干擾，也會輻射影響外界。C1的作用對C2恰好相反。因為布板的時候，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，就需要考慮分布電容。

這里需要特別說明并需要引起大家注意的是，有些將來是要用于工控的設計，這些設計建議不要用無源單片機晶振的方法來起振，而是直接接有源晶振。也是主要由于無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使用頻率較低的晶振。