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一步步了解晶振,32768晶振如何实现秒信号?

来源: 21ic
2020-12-10
类别:基础知识
eye 60
文章创建人 拍明

原标题:一步步了解晶振,32768晶振如何实现秒信号?

1. 什么是晶振?

晶振,全称晶体振荡器,是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。它能够将电能和机械能相互转换,产生稳定的振荡频率。石英晶体具有稳定的物理化学性质,其尺寸、密度等参数受外界环境(如温度、湿度、压力等)变化的影响极小,因此晶振能够提供非常稳定的频率输出。

2. 晶振的工作原理

石英晶体具有压电效应,即在晶体两极施加电压时会产生机械变形,反之亦然。当在晶片上施加交变电压时,晶片会产生机械振动,同时机械振动又会产生交变电场。当外加电压的频率与晶片的固有频率相同时,机械振动的幅度会显著增加,这种现象称为压电谐振。晶振的等效电路可以看作一个串联谐振电路,由电感、电容和电阻串联组成,同时还存在一个并联电容。在谐振频率下,晶振的串联谐振电路的电抗为零,能够为电路提供稳定的频率信号。

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二、32768晶振实现秒信号的原理

1. 32768Hz晶振的特点

32768Hz(即32.768kHz)晶振是一个常用的频率值,因为它等于215,便于进行分频操作。在电子设备中,特别是在实时时钟(RTC)电路中,32768Hz晶振被广泛用于提供基准时钟信号。

2. 实现秒信号的步骤

32768Hz晶振产生的振荡信号需要经过分频处理,以得到1Hz的秒信号。这个过程通常通过硬件电路或软件算法实现。以下是两种常见的实现方法:

方法一:硬件电路分频

  • 使用分频器:可以使用专门的分频器芯片,如CD4060等,对32768Hz信号进行分频。CD4060是一个14级二进制串行计数器/分频器,可以对输入信号进行14次分频,得到较低频率的输出信号。然后,再通过额外的电路(如D触发器)进行进一步的二分频,即可得到1Hz的秒信号。

  • 电路连接:将32768Hz晶振连接到分频器的输入端,根据分频器的规格和电路设计要求,连接相应的电容、电阻等元件,以确保电路的稳定性和准确性。

方法二:软件算法分频

  • 计数器定时:在单片机等微控制器中,可以通过软件编程实现分频操作。利用单片机内部的定时器/计数器,对32768Hz的时钟信号进行计数,当计数达到某个预设值时(例如,对于1Hz的秒信号,计数值为32768),产生一个中断或标志位,表示已经过了一个秒的时间间隔。

  • 中断处理:在中断服务程序中,执行相应的操作,如更新秒计数器、调整显示等。这种方法灵活性高,但需要注意中断响应时间和软件执行效率对计时准确性的影响。

3. 实际应用

在电子手表、计算器、微控制器的RTC模块等设备中,32768Hz晶振被广泛应用于提供基准时钟信号。通过分频处理得到的1Hz秒信号,用于实现准确的计时功能。例如,在电子手表中,秒信号驱动秒针转动,实现时间的显示;在微控制器的RTC模块中,秒信号用于更新内部的时间寄存器,实现实时时钟功能。

三、总结

32768Hz晶振通过分频处理实现秒信号的过程,是电子设备中常见的时钟信号产生方式。无论是硬件电路分频还是软件算法分频,都可以实现这一目标。在实际应用中,需要根据具体需求和硬件资源情况选择合适的实现方法。


责任编辑:David

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