淺析基于MCS—51單片機的振蕩電路

王瑞東　齊婷婷

摘要：振蕩電路是一種可以產生大小和方向都隨時間發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用于各種電子設備和工業生產中，其原理和性能對于我們進一步研究機器設備的性能進而設計系統具有重要的意義。本文選取MCS-51單片機的晶體振蕩器分析之。

關鍵詞：單片機；正弦波振蕩電路；反饋振蕩電路；晶振

中圖分類號：TP368.1

文獻識別碼：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生大小和方向都隨時間發生周期性變化的電壓的電路，其中應用最為廣泛的正弦波振蕩電路即可以產生一定頻率一定振幅的正弦波的電子線路。

振蕩電路的原理通常可以分為反饋型振蕩和負阻型振蕩原理。下面主要分析反饋型振蕩電路（見圖1所示）的工作原理，并簡要介紹負阻型振蕩電路。反饋網絡是區分兩種類型振蕩電路的標志。

反饋型振蕩電路，是采用正反饋的原理構成振蕩電路，其是由含有兩端口的射頻晶體管（通常是可變增益放大器）的主網絡和一個提供相移的反饋網絡構成。上述的兩個網絡的組合形成一個可以滿足產生并保持穩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，接著提供給電子設備或工業領域應用。總的來說，兩個條件如下：第一，必須有一個可變增益的放大器來使當輸入信號較小時放大增益較大而相反時適當的減小增益以維持輸出正弦波的幅值穩定；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絡，由于各類型的放大晶體管的輸出反向特性，此網絡必須存在才能達到產生穩定正弦波的目的。

負阻型振蕩電路，是由射頻負阻器件和選頻網絡構成。最早的是使用隧道二極管作為負阻器件構成隧道二極管振蕩電路。之后發展為利用耿氏二極管，再后來采用新型微波半導體作為負阻從而構成振蕩電路。故而負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用的區別；而在結構方面，兩種原理的電路的區別主要是有無反饋相移網絡。

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。從結構上分析反饋型振蕩電路，是將完整的回路按結構功能分為主網絡和相移網絡，而分類也是基于此進行。

主網絡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構，這樣的結構可以將放大器件置于其本身的非線性區間工作來實現，亦可以在其工作在線性區間時加入非線性環節校正實現，通常前者被稱為內穩幅，后者為外穩幅。可以由晶體三極管，場效應管或者集成度更高的集成運放來達到上述目的。

相移網絡主要是提供反饋的相位反向，結構上有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度最高，應用范圍也極為廣泛。同時隨著振蕩器正逐步實現集成化，這些集成化正弦波振蕩器的將更為普遍的應用。

三、Mcs-51單片機晶體振蕩電路簡析

晶體振蕩器（簡稱晶振）由于其優良的頻穩度故在測量、控制、無線電通訊等許多領域有著廣泛的應用。MCS-51單片機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）。在晶振產生的高頻穩度的正弦波下，單片機可以在這一時鐘信號控制完成內部復雜的操作，進而達到控制外部設備的實用目的。

四、結語

采用正反饋的原理構成的反饋型振蕩電路，由于主網絡和一個提供相移的反饋的網絡構成了不需外加激勵就可以穩定產生等幅定頻的正弦波，因此在實際中又稱被為自激蕩電路。關于自激蕩電路的研究，數不勝數。因為不需外加激勵而只需從輸出端反饋會一部分信號，因此方便簡單的應用于電子，測量，通訊等眾多領域。需要特別指出，電子通訊產品等新興領域對正弦波頻率穩定度的高要求催生了尋找用高穩定度材料組成電路的創新，因此石英晶體電路應運而生。

基于MCS-51單片機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，充分利用晶振構成的振蕩電路能穩定產生脈沖波的固有特性從而為單片機CPU提供可以穩定依靠的時鐘信號，完成電路的時序統一，減少程序執行過程中的錯誤。可見，時鐘是單片機芯片的“指導信號”，而穩定的時鐘才是芯片良好運必不可少的關鍵因素。推之當下眾多電子產品，掌握其時鐘電路的原理，對于進一步應用新興科技產品，創新創造意義頗大。