晶体振荡器是单片机中必不可少的元件。只要用CPU，就必须有晶振。那么晶体振荡器是如何工作的呢？
什么是晶体振荡器？晶振一般指晶体振荡器。晶体振荡器是指从应时晶体上按一定方位切割下来的薄片，简称晶片。石英谐振器，简称应时晶体振荡器，是一个椭圆形物体，如下图所示。
封装内添加集成电路构成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。通常，产品用金属外壳包装，但也用玻璃外壳、陶瓷或塑料包装。
晶体振荡器的工作原理
石英晶体振荡器是一种利用应时晶体的压电效应制成的谐振器件。其基本结构大致如下：从应时晶体上按一定方位角切下一片，在其对应的两个面上镀上银层作为电极，并在每个电极上焊上引线连接到插针上，然后用封装外壳形成石英晶体谐振器，简称应时晶体或晶体振荡器。通常，产品用金属外壳包装，但也用玻璃外壳、陶瓷或塑料包装。
如果在应时晶体的两个电极上施加电场，晶片将发生机械变形。相反，如果对晶片的两面都施加机械压力，就会在晶片的相应方向上产生电场。这种物理现象被称为压电效应。
如果在晶片的两极施加交变电压，晶片会产生机械振动，同时晶片的机械振动会产生交变电场。
一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅都很小，但当外加交变电压的频率为某一值时，振幅明显增大，远大于其他频率。这种现象称为压电谐振，与LC电路的谐振现象非常相似。其共振频率与切割模式、几何形状和晶片尺寸有关。
当晶体不振动时，可视为平板电容，称为静电电容c，其大小与晶片的几何尺寸和电极面积有关，一般约为几皮法到几十皮法。当晶体振荡时，机械振动的惯性可以等效为电感l。
一般l的值从几十到几百豪亨不等。芯片的弹性可以等效为电容C，C的值很小，一般只有0.0002 ~ 0.1皮法。晶圆振动时摩擦造成的损耗相当于R，其值约为100欧姆。
因为芯片的等效电感很大，而C很小，R也很小，所以环路的品质因数Q很大，可以达到1000 ~ 10000。另外，晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状和尺寸有关，可以精确制作，所以石英谐振器组成的振荡电路可以获得很高的频率稳定性。
所有的计算机都有一个计时电路。虽然“时钟”这个词常用来表示这些设备，但它们实际上不是通常意义上的时钟。称它们为计时器可能更合适。
电脑计时器通常是一个精密加工的应时晶体，应时晶体在其张力范围内以一定的频率振荡，这取决于晶体本身的切割方式及其张力的大小。有两个寄存器与每个应时晶体相关联，一个计数器和一个保持寄存器。
应时晶体每振动一次，计数器就减一。当计数器减为0时，产生一个中断，计数器重新载入保持寄存器的初始值。这种方法可以对定时器进行编程，使其每秒产生60次中断(或任何其他所需的频率)。每个中断称为一个时钟周期。晶体振荡器在电学上可以等效为一个电容和一个电阻并联后再串联的双端网络。在电工学中，这个网络有两个谐振点，频率较低的是串联谐振，频率较高的是并联谐振。
由于晶体本身的特性，这两个频率之间的距离相当接近。在这个极窄的频率范围内，晶体振荡器是等效的
该并联谐振电路可以添加到负反馈电路中，以形成正弦波振荡电路。因为晶体振荡器等效电感的频率范围很窄，所以即使其他元件参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大变化。
晶振有一个重要参数，就是负载电容值。通过选择与负载电容值相等的并联电容，可以获得晶体振荡器的标称谐振频率。
一般的晶振电路是在一个反相放大器的两端连接晶振，然后在晶振的两端分别连接两个电容，每个电容的另一端接地。这两个串联电容的电容值应该等于负载电容。请注意，一般IC的管脚都有等效的输入电容，不可忽略。
一般晶振的负载电容为15p或12.5p，如果考虑到元器件引脚的等效输入电容，两个22p电容组成晶振的振荡电路是更好的选择。
原标题：单片机中晶体振荡器的工作原理是什么？
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审计唐子红
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