淺析基于MCS—51單片機(jī)的振蕩電路

王瑞東　齊婷婷

摘要：振蕩電路是一種可以產(chǎn)生大小和方向都隨時間發(fā)生周期性變化的電壓的電子線路，而目前正弦波振蕩電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)中，其原理和性能對于我們進(jìn)一步研究機(jī)器設(shè)備的性能進(jìn)而設(shè)計系統(tǒng)具有重要的意義。本文選取MCS-51單片機(jī)的晶體振蕩器分析之。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；正弦波振蕩電路；反饋振蕩電路；晶振

中圖分類號：TP368.1

文獻(xiàn)識別碼：A

文章編號：1001-828X（2016）036-000368-01

一、振蕩電路概述

振蕩電路是一種可以產(chǎn)生大小和方向都隨時間發(fā)生周期性變化的電壓的電路，其中應(yīng)用最為廣泛的正弦波振蕩電路即可以產(chǎn)生一定頻率一定振幅的正弦波的電子線路。

振蕩電路的原理通?？梢苑譃榉答佇驼袷幒拓?fù)阻型振蕩原理。下面主要分析反饋型振蕩電路（見圖1所示）的工作原理，并簡要介紹負(fù)阻型振蕩電路。反饋網(wǎng)絡(luò)是區(qū)分兩種類型振蕩電路的標(biāo)志。

反饋型振蕩電路，是采用正反饋的原理構(gòu)成振蕩電路，其是由含有兩端口的射頻晶體管（通常是可變增益放大器）的主網(wǎng)絡(luò)和一個提供相移的反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。上述的兩個網(wǎng)絡(luò)的組合形成一個可以滿足產(chǎn)生并保持穩(wěn)定的正弦波振蕩的回路條件時，便可在輸出端檢測到期望的正弦波振蕩，接著提供給電子設(shè)備或工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用?？偟膩碚f，兩個條件如下：第一，必須有一個可變增益的放大器來使當(dāng)輸入信號較小時放大增益較大而相反時適當(dāng)?shù)臏p小增益以維持輸出正弦波的幅值穩(wěn)定；第二：必須有一個可以將輸出信號的一部分反向反饋至輸入端的相移網(wǎng)絡(luò)，由于各類型的放大晶體管的輸出反向特性，此網(wǎng)絡(luò)必須存在才能達(dá)到產(chǎn)生穩(wěn)定正弦波的目的。

負(fù)阻型振蕩電路，是由射頻負(fù)阻器件和選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。最早的是使用隧道二極管作為負(fù)阻器件構(gòu)成隧道二極管振蕩電路。之后發(fā)展為利用耿氏二極管，再后來采用新型微波半導(dǎo)體作為負(fù)阻從而構(gòu)成振蕩電路。故而負(fù)阻振蕩電路的工作頻率為高端頻段，更適合于工作在微波、毫米波等頻率更高的頻段，在這方面，通常反饋型振蕩電路的工作頻率為中低端頻段，這是兩種原理的電路的應(yīng)用的區(qū)別；而在結(jié)構(gòu)方面，兩種原理的電路的區(qū)別主要是有無反饋相移網(wǎng)絡(luò)。

二、正弦波振蕩電路分類

正弦波振蕩電路種類繁多，分類的方法也是不盡相同。從結(jié)構(gòu)上分析反饋型振蕩電路，是將完整的回路按結(jié)構(gòu)功能分為主網(wǎng)絡(luò)和相移網(wǎng)絡(luò)，而分類也是基于此進(jìn)行。

主網(wǎng)絡(luò)因其提供可變增益的放大信號的功能，故在其電路必須要有非線性放大特性的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)可以將放大器件置于其本身的非線性區(qū)間工作來實現(xiàn)，亦可以在其工作在線性區(qū)間時加入非線性環(huán)節(jié)校正實現(xiàn)，通常前者被稱為內(nèi)穩(wěn)幅，后者為外穩(wěn)幅?？梢杂删w三極管，場效應(yīng)管或者集成度更高的集成運放來達(dá)到上述目的。

相移網(wǎng)絡(luò)主要是提供反饋的相位反向，結(jié)構(gòu)上有LC回路振蕩電路、石英晶體振蕩電路和RC相移和選頻振蕩電路等。這幾種電路，石英晶體振蕩器的頻穩(wěn)度最高，應(yīng)用范圍也極為廣泛。同時隨著振蕩器正逐步實現(xiàn)集成化，這些集成化正弦波振蕩器的將更為普遍的應(yīng)用。

三、Mcs-51單片機(jī)晶體振蕩電路簡析

晶體振蕩器（簡稱晶振）由于其優(yōu)良的頻穩(wěn)度故在測量、控制、無線電通訊等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。MCS-51單片機(jī)是對時鐘有精確要求的微型控制器芯片，選用晶振正好可以滿足這個要求（見圖2所示）。在晶振產(chǎn)生的高頻穩(wěn)度的正弦波下，單片機(jī)可以在這一時鐘信號控制完成內(nèi)部復(fù)雜的操作，進(jìn)而達(dá)到控制外部設(shè)備的實用目的。

四、結(jié)語

采用正反饋的原理構(gòu)成的反饋型振蕩電路，由于主網(wǎng)絡(luò)和一個提供相移的反饋的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了不需外加激勵就可以穩(wěn)定產(chǎn)生等幅定頻的正弦波，因此在實際中又稱被為自激蕩電路。關(guān)于自激蕩電路的研究，數(shù)不勝數(shù)。因為不需外加激勵而只需從輸出端反饋會一部分信號，因此方便簡單的應(yīng)用于電子，測量，通訊等眾多領(lǐng)域。需要特別指出，電子通訊產(chǎn)品等新興領(lǐng)域?qū)φ也l率穩(wěn)定度的高要求催生了尋找用高穩(wěn)定度材料組成電路的創(chuàng)新，因此石英晶體電路應(yīng)運而生。

基于MCS-51單片機(jī)的晶體振蕩電路就是這樣的一個例子。其通過芯片外接一個晶振，充分利用晶振構(gòu)成的振蕩電路能穩(wěn)定產(chǎn)生脈沖波的固有特性從而為單片機(jī)CPU提供可以穩(wěn)定依靠的時鐘信號，完成電路的時序統(tǒng)一，減少程序執(zhí)行過程中的錯誤。可見，時鐘是單片機(jī)芯片的“指導(dǎo)信號”，而穩(wěn)定的時鐘才是芯片良好運必不可少的關(guān)鍵因素。推之當(dāng)下眾多電子產(chǎn)品，掌握其時鐘電路的原理，對于進(jìn)一步應(yīng)用新興科技產(chǎn)品，創(chuàng)新創(chuàng)造意義頗大。