晶振有什么作用，如何选择合适的晶振，为什么有时候用内部晶振？

一、 什么是晶振

晶振，全名叫"晶体振荡器"，它在电路当中起到产生振荡频率的作用，我们都知道，单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路，那么这个所需要的时钟就是晶振来产生，可以说它的单片机的心脏，让单片机时刻有脉动，它控制着计算机的工作节奏，晶振的频率有32.768kHz、1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、12MHz......当然，还有很多其他频率。

晶振有无源晶振以及有源晶振，我们平时看到在电路板上面由电容、电阻等元器件来助起振的晶振其实就是无源晶振，它需要外部元器件辅助；二有源晶振它在单片机内部里面，它不用外部元器件辅助起振。时钟信号可以三种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，不过一般是RC振荡电路，产生时钟信端；另两种为外部方式，即外接一个晶振，时钟信号由外部引入和引入外部振荡器作为输入。

二、 如何选择合适的晶振

可以说现在的晶振很多，我说的是单片机外接的晶振，有石英晶振，有温度补偿的晶振等等，那么我们在选择晶振 时候需要注意哪些细节呢？

晶振主要的参数无非主要是这几个：频率；精度；适用的环境温度，封装尺寸 。

1、 频率

这应该最主要的参数，频率决定着单片机能否高速运行，如果使用过程中对于频率要求不是很严格，可以考虑用单片机内部晶振，例如对于STM32内部晶振它可以达到8MHz，甚至16Hz，如果对频率要求不高的话，也就是普通类型的驱动之类，不涉及两个单片机通讯、不涉及串口通信、不涉及时间方面，例如定时等 ，这时候可以考虑用单片机内部晶振，例如ST单片机内部自带的RC时钟 HSI(High-speed internal (HSI) RCoscillator)， 频率一般是8MHz或16MHz，一般的贴片无源晶振都要几毛钱，如果使用内部振荡，可以省去不少钱呢，同时电路也省去了不少元器件；

2、 精度

如果对于精度要求很高的话，例如电路当中会涉及到时间的准确精度的话那就只能用外部晶振了，因为外部晶振比较稳定而内部晶振的误差比较大，时间久了对于时间的累积产生很大误差，特别是对于RC振荡器对于温度比较敏感，容易受其影响。

3、 环境温度

环境温度对于内部晶振，也就是RC振荡器影响较大，下图是某STM32芯片内部RC振荡器振荡频率误差值随着温度的变化曲线图，可以看出，在25℃左右时候，它的振荡精度能保持在1%以内，但是随着温度的不断上升或者下降，它的精度都逐渐下降，因此对于在使用环境温度比较恶劣且对时间有严格控制的场合的环境时候可以不考虑用内部的晶振。

4、 封装尺寸

晶振的封装有很多，有贴片的、插进陶瓷、圆柱体的等，特别是现在的贴片晶振尺寸越来越小，可以满足不同的场合，在选用晶振时候需要考虑晶振尺寸对电路板的影响。

晶振为什么没有封装进STM32芯片内部？

有一些电子设备需要频率高度稳定的交流信号，而LC振荡器稳定性较差，频率容易漂移，即产生的交流信号频率容易变化。关于LC振荡器，可参考此文：一看就懂！动画讲解LC振荡器的工作原理。

在振荡器中采用一个特殊的元件——石英晶体，可以产生高度稳定的信号，这种采用石英晶体的振荡器称为晶体振荡器，简称晶振，如下图是各种各样的晶振。

电子元器件的小型化趋势，有力促进了当下社会的发展进步，电子元器件越小，为主板节约的空间越大，因此，有人异想天开，如果能将晶振电路封装到IC芯片(如时钟芯片)内部将是多么完美，就如同有源晶振在无源晶振的基础内置振动芯片，就无需外部的电容电阻等元器件了。

但实际出于各种原因，晶振并没有内置到IC芯片中。这究竟是为什么呢？

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原因 1

早些年，芯片的生产制作工艺也许还不能够将晶振做进芯片内部，但是现在可以了。这个问题主要还是实用性和成本决定的。

原因 2

芯片和晶振的材料是不同的，芯片 (集成电路) 的材料是硅，而晶体则是石英 (二氧化硅)，没法做在一起，但是可以封装在一起，目前已经可以实现了，但是成本就比较高了。

原因 3

晶振一旦封装进芯片内部，频率也固定死了，想再更换频率的话，基本也是不可能的了，而放在外面, 就可以自由的更换晶振来给芯片提供不同的频率。

有人说，芯片内部有 PLL，管它晶振频率是多少，用 PLL 倍频/分频不就可以了，那么这有回到成本的问题上来了，100M 的晶振集成到芯片里, 但我用不了那么高的频率，我只想用 10M 的频率，那我为何要去买你集成了 100M 晶振的芯片呢，又贵又浪费。

我们通常所说的 "片内时钟", 是不是实际上片内根本没有晶振, 是有RC 振荡电路。

以上STM32的时钟框图，关于STM32时钟，推荐此文：详解STM32的时钟系统，收藏了。

可以看出STM32系统时钟的供给可以有3种方式：

HSI，高速内部时钟信号STM32单片机内带的时钟 (8M频率), 精度较差。HSE，高速外部时钟信号，精度高。来源：HSE外部晶体/陶瓷谐振器(晶振)HSE用户外部时钟PLL，低速外部晶体32.768kHz主要提供一个精确的时钟源 一般作为RTC时钟使用。

如果选用内部时钟作为系统时钟，其倍频达不到72Mhz，最多也就8Mhz/2*16 = 64Mhz。

如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，请按照如下方法处理：

1）对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。

2）对于少于100脚的产品，有2种接法：

OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能。分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出并输出'0'。此方法可以减小功耗并(相对上面i)节省2个外部电阻。

时钟是STM32单片机的脉搏，是单片机的驱动源。

使用任何一个外设都必须打开相应的时钟。这样的好处就是，如果不使用一个外设的时候，就把它的时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能，实现低功耗的效果。

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转载自：STM32嵌入式开发

原文链接：晶振为什么没有封装进STM32芯片内部？

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