用非门74HC04与无源晶振产生时钟信号的两种电路
单片机晶振电路原理及作用_单片机晶振电路设计方案
单片机晶振电路原理及作用_单片机晶振电路设计在电子学上，通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”（如有源音箱、有源滤波器等），而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。
电脑中的晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。
无源晶振与有源晶振的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
无源晶振是有2个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。
有源晶振有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。
有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。
相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。
有源晶振是右石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用，是基于它的压电效应：在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。
当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。
压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。
图3是一个串联型振荡器，晶体管T1和T2构成的两级放大器，石英晶体XT与电容C2构成LC 电路。
在这个电路中，石英晶体相当于一个电感，C2为可变电容器，调节其容量即可使电路进入谐振状态。
该振荡器供电电压为5V，输出波形为方波。
单片机的内部时钟与外部时钟单片机有内部时钟方式和外部时钟方式两种：（1）单片机的XTAL1和XTAL2内部有一片内振荡器结构，但仍需要在XTAL1和XTAL2两端连接一个晶振和两个电容才能组成时钟电路，这种使用晶振配合产生信号的方法是内部时钟方式；（2）单片机还可以工作在外部时钟方式下，外部时钟方式较为简单，可直接向单片机XTAL1引脚输入时钟信号方波，而XTAL2管脚悬空。
数字电子技术认识实验——数字钟.ppt
74LS161计数器
L
74LS161计数器时序图
74LS161计数器功能表
计数
输入计 计数器输出 对应 输入计 计数器输出 对应
数脉冲 顺序
QD
QC
QB
QA
十进 制数
数脉冲 顺序
QD
QC
QB
QA
十进 制数
0 0000 0 8 1000 8 1 0001 1 9 1001 9 2 0 0 1 0 2 10 1 0 1 0 10 3 0 0 1 1 3 11 1 0 1 1 11 4 0 1 0 0 4 12 1 1 0 0 12 5 0 1 0 1 5 13 1 1 0 1 13 6 0 1 1 0 6 14 1 1 1 0 14
7 0 1 1 1 7 15 1 1 1 1 15
➢制计数器
74LS161接成10进 制计数器
74LS161接成6进制 计数器
与非门用74LS00
与非门74LS00引脚
书上第298页
六十进制计数器（显示秒或分）
24进制计数器（显示小时）
用74LS00
Qa Qb Qc Qd
Qa Qb Qc Qd
同步60进制（或24进制）计数器
将十进制和六进制连接起来，然后再分别将十进制的输出 （Q1d6V、CC15Qf c1、4 g Q13ba 、12 bQ1a1 c）10和d 9六e进制1的6VC输C15 f出14(gQ1d3 a、12Qb c1、1 c Q10 bd 、9 eQa ）分
查功能是否正确。
手动检查无误后，再用实验箱上的CP方波作为 输入脉冲。
用示波器观察并记录计数器的CP端和QD、QC、 QB、QA端的波形，对计数器进行动态测试。
应用于井下仪器的无源晶振起振电路的设计与实现
本文基于AD7741芯片、74HC04非门,设计了两种可以应用于井下仪器并为其提供时钟源的无源晶振起振电路，并根据井下仪器的工作环境，设计了常温和高温175℃的实验对电路稳定性进行检测，根据实验结果对比，在74HC04芯片非门的基础上，提出了更优的基于CPLD的无源晶振电路设计,并进行样板检测证明该电路是合理可行的。
随着世界经济的发展，各国对石油天然气资源的需求也越来越大，井下作业的仪器设备需求量急速增长，但由于井下高温，高压，振动冲击和泥浆的恶劣工作环境对仪器设备的各方面要求较高。
而在仪器结构和其它模块都确定的情况下，硬件电路的设计与实现就成为了仪器能否可靠稳定工作关键。
但在实际应用中硬件电路中元器件在高温、高压、强冲击下易产生烧毁、开路、电参数飘移等失效方式[4]，对仪器的正常工作及安全生产造成了影响，所以设计开发可以应用于井下仪器的耐高温、高压、能承受冲击的电路对井下作业的发展有很大的促进作用。
应用于井下仪器设备的电路设计在电子电路设计及处理器芯片的应用中，时钟电路是高速处理电路及设备不可或缺的一部分，所以时钟电路的稳定性及可靠性就显得至关重要。
本文对应用于井下仪器中晶振电路的设计进行了具体研究，通过综合比较不同设计方案的晶振电路尺寸、电子元器件的特点以及工作可靠性等影响因素，选择出适用于本设计的晶振配置，并进行了实验验证。
1原理设计晶振在电路中的作用是为系统的各个部件提供基准频率。
应用中一般可选石英晶体谐振器作为无源晶振crystal（晶体），或选石英晶体时钟振荡器作为有源晶振oscillator（振荡器）[1]。
无源晶振由于其高品质因数(Q值)、高稳定性、小尺寸和低成本作为优良的频率选择与控制器件, 用途极为广泛, 现正向高基频、高性能、高可靠和微小型化方向发展[4]。
因此针对井下测井仪器高温高压的工作环境，以及仪器工作的恶劣环境的适用性，尽可能的减少贴片电子元器件的使用，节省电路所占的空间，设计了可以应用于井下仪器的无源晶振起振电路。
关于反相器与晶振组成振荡电路（精）
关于反相器与晶振组成振荡电路（精）问题：从网上看的反相器晶体振荡电路，都和反相器有一个并联电阻，起反馈作用。
但是我实际操作时为什么能有这个电阻呢？有了就不振荡了。
只需把反相器与晶体并联就行了，这个是为什么呢？望指点！回答：之所以你看到的有关反相器晶体振荡器的电路上都有并联一个电阻，是因为此时的反相器是一个真正意义上的反相器，即它的放大倍数趋近于无穷大，而要想构成一个振荡器，要求放大电路有一个合适的增益，这个增益并非越大越好，因此通常会加入反馈电阻降低电路的增益为一个合适的值，这就是加入电阻的作用。
你在实际中遇到的不用并联电阻就可以工作的反相器，它本身的增益不是无穷大，而是一个相对合适的数值，这样的反相器如果并联上电阻反而会因为增益过低而无法振荡。
反相器？太笼统！振荡器需要的是[反相放大器]，而不是[反相器]。
为了使反相器与晶振连接产生震荡，反相器必须偏置到电源的一半，才进入[防大区]。
电阻的作用就是偏置，使之进入线性放大区，构成震荡。
如果[反相器]本身就是工作在线性放大区，这个电阻可以去掉！如果保持原有放大器的放大倍数，又要加电阻，请用两个串联电阻替代原来的电阻，并且在两个电阻的中间的连接点上接一个电容到[地]。
让交流反馈为零，直流反馈为1。
保你成功！在这个例子中输入偏置是由输出端通过反馈电阻提供的，通过反馈输入端和输出端稳定在一个接近中点的点平上，构成了模拟放大器，所以这里的电阻是反馈电阻而不是偏置电阻。
不能因为它在反馈的同时提供了输入电流就简单地称其为偏置电阻。
谢谢两位得解答，受益非浅。
因为反相器是一个PMOS和一个NMOS组成得，接入并联晶振后成了一个放大器，使得晶振发起振荡？不知道我这样得理解是不是准确。
还有我想知道什么型号的反相器频率比较高？我使用74HC04和74HCT04两种的。
当晶振频率达到10MHz时出来的就成了锯齿波了，在4MHz左右时是方波，但是延时已较大了。
不知道有人用过没有，什么型号的能达到很高的频率方波？这种理解基本正确，要想构成正弦波振荡器，必须使用模拟的放大器，加入负反馈电阻就是构建模拟放大器的举措。
时钟电路的工作原理
时钟电路的工作原理时钟电路是一种常见而重要的电子电路，用于测量和显示时间。
它在各种电子设备和系统中广泛应用，如电子手表、计算机、手机等。
本文将介绍时钟电路的工作原理及其基本组成部分。
一、时钟电路的基本原理时钟电路的基本原理是利用稳定振荡信号来进行时间计数，从而精确地测量和显示时间。
它通常由时钟振荡器、计数器和显示器等组件组成。
1. 时钟振荡器时钟振荡器是时钟电路的核心部分，它产生稳定的振荡信号以供后续的计数和显示。
常见的时钟振荡器有晶体振荡器和RC振荡器。
晶体振荡器是一种利用石英晶体具有稳定振荡特性的原理制作的振荡器。
石英晶体具有机械和电学耦合效应，使得它在外加电场或机械应力作用下能够迅速振荡。
晶体振荡器一般采用谐振回路结构，通过与晶体振荡频率相匹配的电路使其发生共振，从而输出稳定的振荡信号。
RC振荡器则利用电容和电阻组成的回路产生振荡信号。
由于电容和电阻的性质不够稳定，RC振荡器的频率相对较不精确，但在一些简单的应用中仍然可以满足需求。
2. 计数器计数器是时钟电路的另一个重要组成部分，它通过计数功能实现时间的测量和累加。
计数器根据时钟振荡器提供的脉冲信号进行计数，从而实现时间的推移。
计数器可以分为同步计数器和异步计数器两种类型。
同步计数器在每个脉冲信号到达时，所有的触发器同时更新计数器的值；异步计数器则是在一个或多个特定的触发器翻转时，才会更新计数器的值。
根据需要，可以选择适当的计数器类型。
3. 显示器显示器用于将计数器的结果以可视化的方式展示出来，以便观察者能够直观地了解时间的流逝。
常见的显示器种类包括数码管、液晶显示器和LED显示器等。
数码管是一种类似于七段显示器的数字显示设备，它由七个LED 灯组成，每个灯代表一个数字。
通过控制LED的亮灭状态，可以实现各种数字的显示。
液晶显示器则利用液晶材料的特性，通过控制液晶层的电场来实现显示。
液晶显示器具有较高的分辨率和显示效果，广泛应用在各种电子设备中。
RFID实验
的方波信号。波形虽然不是标准的正弦波，但经过末级
功放的选频网络可将波形还原成正弦波。
2.2 高频功率放大器
高频功率放大器是为应答器提供能量的电路，因此是整个
RFID系统最重要的部分。衡量功率放大器的指标有两个：
一个是要求输出功率大；一个是要求集电极的耗散功率低，
果。
在RFID系统中天线是传输能量和信息的一个关键环节。
天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功
率接收或辐射出去的装置。RFID系统包括两类天线：
阅读器天线和应答器天线。阅读器天线用于发射高频电
磁波和接收应答器返回的数据信息，应答器天线用于接
收阅读器天线发射的高频电磁波，并将磁场能转换为电
产生的交变磁场时，阅读器的电感线圈上会产生感应电
压。当距离够近，应答器天线电路所获得的能量可以供
应答器芯片正常工作时，应答器和阅读器才能进入信息
交互阶段。
电感耦合方式的射频载波频率（称为工作频率）为
应答器
RFID实验系统的工作过程是：接通阅读器电源后，高频
振荡器产生13.56MHz方波信号，经功率放大器放大后输
送到天线线圈，在阅读器的天线线圈周围会产生高频强电
磁场。当应答器线圈靠近阅读器线圈时，一部分磁力线穿
过应答器的天线线圈，通过电磁感应，在应答器的天线线
圈上产生一个高频交流电压，该电压经过应答器的整流电
电容三点式振荡器电路的特点是振荡频率可做得
较高,一般可达到100MHz以上,由于C2对高次谐波阻抗小
,使反馈电压中的高次谐波成分较小,因而振荡波形较好。
另外当振荡频率较高时，C1,C2的值很小，三极
管的级间电容就会对频率的产生影响。
非门报警电路实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握非门电路的基本原理和特性。
2. 通过搭建非门报警电路，验证非门电路的逻辑功能。
3. 学习电路设计与调试的基本方法，提高动手能力。
二、实验原理非门（NOT gate）是逻辑门电路中最基本的一种，它只有一个输入端和一个输出端，其输出信号总是与输入信号相反。
在非门报警电路中，当输入信号满足特定条件时，非门将输出高电平，从而触发报警器。
三、实验仪器与设备1. 非门芯片（如74HC04）2. 报警器3. 电阻4. 电容5. 电池6. 连接线7. 实验板8. 示波器（可选）四、实验步骤1. 电路设计：- 根据实验要求，设计非门报警电路的原理图。
- 选择合适的非门芯片，并按照原理图连接电路。
2. 电路搭建：- 将非门芯片安装在实验板上。
- 按照原理图连接电阻、电容、报警器和电池等元件。
- 确保电路连接正确，无短路或断路现象。
3. 电路调试：- 使用示波器（如有）检测非门输入端和输出端的电压波形。
- 调整电路参数，使非门电路正常工作。
4. 报警测试：- 向非门输入端施加不同的电压信号，观察报警器是否触发。
- 验证非门电路的逻辑功能是否满足报警要求。
五、实验数据与结果1. 实验数据：| 输入电压（V） | 输出电压（V） | 报警状态 || :-----------: | :-----------: | :------: || 0 | 5 | 未报警 || 5 | 0 | 已报警 |2. 实验结果：通过实验，验证了非门电路的逻辑功能，当输入电压为5V时，非门输出0V，报警器触发；当输入电压为0V时，非门输出5V，报警器未触发。
六、实验分析与讨论1. 非门电路特性：非门电路具有简单的逻辑功能，当输入信号为高电平时，输出低电平；当输入信号为低电平时，输出高电平。
在报警电路中，非门起到判断输入信号是否满足报警条件的作用。
2. 电路参数调整：在实验过程中，通过调整电阻和电容的值，可以改变电路的响应速度和灵敏度。
时钟电路设计概述-数字电路设计
时钟电路设计概述-数字电路设计本文一般性地讲解了数字电路设计中的时钟电路设计，包括有源晶振，无源晶振，时钟缓冲器，并探讨了有关EMC，端接电阻和信号完整性的设计要点，设计经验来自于生花通信（Signalsky）的数字电路设计工程师。
时钟信号产生电路先看图1中的两个时钟电路，不用我说，相信读者一眼就可以看得出来，左边的那个是有源晶振电路，右边的是无源晶振电路。
图1 两个时钟电路振荡器就是可以产生一定频率的交变电流信号的电路晶体振荡器，简称晶振，是利用了晶体的压电效应制造的，当在晶片的两面上加交变电压时，晶片会反复的机械变形而产生振动，而这种机械振动又会反过来产生交变电压。
当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其它频率下的振幅大得附加外部时钟电路，一般是一个放大反馈电路，只有一片晶振是不能实现震荡的多，产生共振，这种现象称为压电谐。
晶振相对于钟振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。
如果把完整的带晶体的振荡电路集成在一块，可能再加点其它控制功能集成到一起，封装好，引几个脚出来，这就是有源晶振，时钟振荡器，或简称钟振。
英文叫Oscillator，而晶体则是Crystal。
可以说Oscillator是Crystal经过深加工的产品，而Crystal是原材料。
好多钟振一般还要做一些温度补偿电路在里面。
让振荡频率能更加准确。
相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。
典型无源晶振电路图2是典型的无源晶振电路。
图2 典型的无源晶振电路•与晶振并联的电阻的作用与晶振并联的电阻R4是反馈电阻，是为了保证反相器输入端的工作点电压在VDD/2，这样在振荡信号反馈在输入端时，能保证反相器工作在适当的工作区。
虽然去掉该电阻时，振荡电路仍工作了。
但是如果从示波器看振荡波形就会不一致了，而且可能会造成振荡电路因工作点不合适而停振。
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用非门74HC04与无源晶振产生时钟信号的两种电路
第一种如下图所示，此电路晶振频率不能太高，5Mhz以上不适用。
不作研究
第二种如下图，比较好用。
以下是网上摘录的关于该电路的相关描述：
时钟信号为CMOS电平输出，频率等于晶振的并联谐振频率。
74HC04相当于一个有很大增益的放大器；R2是反馈电阻，取值一般≥1MΩ，它可以使反相器在振荡初始时处于线性工作区，不可以省略，否则有时会不能起振。
R1作为驱动电位调整之用，可以防止晶振被过分驱动而工作在高次谐波频率上。
C1、C2为负载电容，实际上是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点。
以接地点即分压点为参考点，输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看，形成一个正反馈以保证电路持续振荡。
C1、C2会稍微影响振荡频率。
74HC04可以用74AHC04或其它CMOS电平输入的反相器代替，不过不能用TTL电平输入的反相器，因为它的输入阻抗不够大，远小于电路的反馈阻抗。
实际使用时要处理好R1和R2的值，经试验，太小的R1或太大的R2会有可能导致电路工作在晶振的高次谐振频率上（常见的是3次谐波，10MHz的晶振会产生30MHz的
频率输出）。
对于10MHz的晶振，采用R1=220Ω、R2=1MΩ可以使电路稳定输出10MHz 的方波时钟信号。
晶振电路
用反向器（74LS00）与晶振、两个小电容、一个大电阻。
用的是典型电路，可在示波器上就是不振?
HC的或HCT的才行，如果电容小的话，应该用MOS输入的门。
LS芯片的最高截止频率没问题，原因是LS芯片需一个百欧级偏置电阻才能达到线性状态，此时增益又不够。
HC和LS速度上并无区别（最大40兆），问题出在振荡电路是将非门当成线性反向放大器来使用。
HC只要加个10兆电阻即可，此时仍有足够的放大倍数（约100）。
LS加个1兆电阻仍是非线性状态，不可能振荡，需要5千才能线性，但此时负反馈太深，放大倍数过小（小于10），仍不可能振荡。
原先CMOS比TTL的速度低，高速CMOS与TTL的速度低错不多，由于CMOS的优点工耗低，故得以发展，HC就是高速CMOS，但TTL的可靠性要好（短路不会烧掉，CMOS 就不同啦）。
我想很多的单片机爱好者对晶振两边要接22或者30pF的电容不理解，因为电容有些时候是可以不要的。
其实单片机和其他一些IC的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，如下图
Y1是晶体，相当于三点式里面的电感，C1和C2就是电容，5404非门和R1实现一个NPN的三极管，接下来分析一下这个电路。
5404必需要一个电阻，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1相当于三极管的偏置作用，让5404处于放大区域，那么5404
就是一个反相器，这个就实现了NPN三极管的作用，NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。
大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是，系统放大倍数大于1，这个容易实现，相位满足360度，与晶振振荡频率相同的很小的振荡就被放大了。
接下来主要讲解这个相位问题： 5404因为是反相器，也就是说实现了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1实现180°移相就可以，恰好，当C1，C2，Y1形成谐振时，能够实现180移相，这个
大家可以解方程等，把Y1当作一个电感来做。
也可以用电容电感的特性，比如电容电压落后电流90°，电感电压超前电流90°来分析，都是可以的。
当C1增大时,C2端的振幅增强，当C2降低时，振幅也增强。
有些时候C1，C2不焊也能起振，这个不是说没有C1，C2，而是因为芯片引脚的分布电容引起的，因为本来这个C1，C2就不需要很大，所以这一点很重要。
接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。
因为5404的电压反馈是靠C2的，假设C2过大，反馈电压过低，这个也是不稳定，假设C2过小，反馈电压过高，储存能量过少，容易受外界干扰，也会辐射影响外界。
C1的作用对C2恰好相反。
因为我们布板的时候，假设双面板，比较厚的，那么分布电容的影响不是很大，假设在高密度多层板时，就需要考虑分布电容。
有些用于工控的项目，建议不要用无源晶振的方法来起振，而是直接接有源晶振。
也是主要由于无源晶振需要起振的原因，而工控项目要求稳定性要好，所以会直接用有源晶振。
在有频率越高的频率的晶振，稳定度不高，所以在速度要求不高的情况下会使用频率较低的晶振。