浅析基于MCS—51单片机的振荡电路

王瑞东　齐婷婷

摘要：振荡电路是一种可以产生大小和方向都随时间发生周期性变化的电压的电子线路，而目前正弦波振荡电路广泛应用于各种电子设备和工业生产中，其原理和性能对于我们进一步研究机器设备的性能进而设计系统具有重要的意义。本文选取MCS-51单片机的晶体振荡器分析之。

关键词：单片机；正弦波振荡电路；反馈振荡电路；晶振

中图分类号：TP368.1

文献识别码：A

文章编号：1001-828X（2016）036-000368-01

一、振荡电路概述

振荡电路是一种可以产生大小和方向都随时间发生周期性变化的电压的电路，其中应用最为广泛的正弦波振荡电路即可以产生一定频率一定振幅的正弦波的电子线路。

振荡电路的原理通常可以分为反馈型振荡和负阻型振荡原理。下面主要分析反馈型振荡电路（见图1所示）的工作原理，并简要介绍负阻型振荡电路。反馈网络是区分两种类型振荡电路的标志。

反馈型振荡电路，是采用正反馈的原理构成振荡电路，其是由含有两端口的射频晶体管（通常是可变增益放大器）的主网络和一个提供相移的反馈网络构成。上述的两个网络的组合形成一个可以满足产生并保持稳定的正弦波振荡的回路条件时，便可在输出端检测到期望的正弦波振荡，接着提供给电子设备或工业领域应用。总的来说，两个条件如下：第一，必须有一个可变增益的放大器来使当输入信号较小时放大增益较大而相反时适当的减小增益以维持输出正弦波的幅值稳定；第二：必须有一个可以将输出信號的一部分反向反馈至输入端的相移网络，由于各类型的放大晶体管的输出反向特性，此网络必须存在才能达到产生稳定正弦波的目的。

负阻型振荡电路，是由射频负阻器件和选频网络构成。最早的是使用隧道二极管作为负阻器件构成隧道二极管振荡电路。之后发展为利用耿氏二极管，再后来采用新型微波半导体作为负阻从而构成振荡电路。故而负阻振荡电路的工作频率为高端频段，更适合于工作在微波、毫米波等频率更高的频段，在这方面，通常反馈型振荡电路的工作频率为中低端频段，这是两种原理的电路的应用的区别；而在结构方面，两种原理的电路的区别主要是有无反馈相移网络。

二、正弦波振荡电路分类

正弦波振荡电路种类繁多，分类的方法也是不尽相同。从结构上分析反馈型振荡电路，是将完整的回路按结构功能分为主网络和相移网络，而分类也是基于此进行。

主网络因其提供可变增益的放大信号的功能，故在其电路必须要有非线性放大特性的结构，这样的结构可以将放大器件置于其本身的非线性区间工作来实现，亦可以在其工作在线性区间时加入非线性环节校正实现，通常前者被称为内稳幅，后者为外稳幅。可以由晶体三极管，场效应管或者集成度更高的集成运放来达到上述目的。

相移网络主要是提供反馈的相位反向，结构上有LC回路振荡电路、石英晶体振荡电路和RC相移和选频振荡电路等。这几种电路，石英晶体振荡器的频稳度最高，应用范围也极为广泛。同时随着振荡器正逐步实现集成化，这些集成化正弦波振荡器的将更为普遍的应用。

三、Mcs-51单片机晶体振荡电路简析

晶体振荡器（简称晶振）由于其优良的频稳度故在测量、控制、无线电通讯等许多领域有着广泛的应用。MCS-51单片机是对时钟有精确要求的微型控制器芯片，选用晶振正好可以满足这个要求（见图2所示）。在晶振产生的高频稳度的正弦波下，单片机可以在这一时钟信号控制完成内部复杂的操作，进而达到控制外部设备的实用目的。

四、结语

采用正反馈的原理构成的反馈型振荡电路，由于主网络和一个提供相移的反馈的网络构成了不需外加激励就可以稳定产生等幅定频的正弦波，因此在实际中又称被为自激荡电路。关于自激荡电路的研究，数不胜数。因为不需外加激励而只需从输出端反馈会一部分信号，因此方便简单的应用于电子，测量，通讯等众多领域。需要特别指出，电子通讯产品等新兴领域对正弦波频率稳定度的高要求催生了寻找用高稳定度材料组成电路的创新，因此石英晶体电路应运而生。

基于MCS-51单片机的晶体振荡电路就是这样的一个例子。其通过芯片外接一个晶振，充分利用晶振构成的振荡电路能稳定产生脉冲波的固有特性从而为单片机CPU提供可以稳定依靠的时钟信号，完成电路的时序统一，减少程序执行过程中的错误。可见，时钟是单片机芯片的“指导信号”，而稳定的时钟才是芯片良好运必不可少的关键因素。推之当下众多电子产品，掌握其时钟电路的原理，对于进一步应用新兴科技产品，创新创造意义颇大。