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晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)“晶振”)是單片機(jī)系統(tǒng)中提供時(shí)鐘信號(hào)的核心元件,一旦晶振不工作,整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法正常啟動(dòng)。因此,快速有效地判斷和排查晶振不工作的原因,對(duì)于維護(hù)和調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)很重要。下面列出可能導(dǎo)致晶振不工作的主要原因及相應(yīng)的檢查方法:
一、單片機(jī)本身?yè)p壞
現(xiàn)象:
①晶振不起振,且無(wú)明顯電氣響應(yīng)。
②電源正常,外圍元件完好,但單片機(jī)始終不工作。
檢查方法:
①更換一塊相同型號(hào)的單片機(jī)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。
②用示波器檢測(cè) XTAL1、XTAL2 引腳,查看是否有振蕩波形(正常時(shí)應(yīng)為穩(wěn)定的正弦或方波)。
二、晶振元件損壞或焊接不良
常見(jiàn)原因:
①焊接過(guò)程中未斷電操作,造成晶振擊穿;
②晶振封裝應(yīng)力過(guò)大或受潮;
③引腳未焊牢、虛焊或短路。
檢查方法:
①更換同頻率的晶振進(jìn)行測(cè)試;
②檢查焊點(diǎn)是否虛焊、脫焊,或有錫橋短路;
③使用頻率計(jì)或示波器直接測(cè)量晶振輸出。
建議:更換晶振時(shí)應(yīng)斷電操作,避免焊接熱沖擊損壞晶體。
三、振蕩電容異常
可能情況:振蕩電容的容量不對(duì)、開(kāi)路或短路。
功能說(shuō)明:
振蕩電容用于構(gòu)建單片機(jī)內(nèi)部振蕩回路,其容量直接影響晶振是否能夠起振。
故障表現(xiàn):
容量偏差大或開(kāi)路、短路都可能導(dǎo)致起振失敗或振蕩頻率不穩(wěn)定。
檢查方法:
①臨時(shí)并聯(lián)法:在電路中懷疑有問(wèn)題的電容上臨時(shí)并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)容量的新電容(如22pF),觀察系統(tǒng)是否恢復(fù)工作;
②萬(wàn)用表電阻擋:斷電后,用萬(wàn)用表檢查電容兩端是否短路(正常應(yīng)逐漸充電);
③測(cè)量電容值:使用LCR表或數(shù)字電容表確認(rèn)其容量是否與電路設(shè)計(jì)一致。
需要注意的是,常見(jiàn)匹配電容值為20pF~33pF,視晶振規(guī)格而定。
四、電源電壓異常
故障表現(xiàn):
①電壓過(guò)高或過(guò)低均可能導(dǎo)致振蕩電路不能正常工作;
②部分低功耗單片機(jī)對(duì)供電電壓極其敏感。
檢查方法:
①使用萬(wàn)用表或示波器測(cè)量 VCC 與 GND 之間的電壓,確認(rèn)是否在單片機(jī)允許的工作范圍;
②檢查電源是否穩(wěn)定,有無(wú)紋波;
③確認(rèn)電源濾波電容是否失效(可用示波器查看是否有明顯電源抖動(dòng))。
五、復(fù)位信號(hào)(RESET)不正確
單片機(jī)復(fù)位期間晶振不會(huì)起振,只有在復(fù)位信號(hào)正確釋放后晶振才開(kāi)始工作。
檢查方法:
①使用萬(wàn)用表測(cè)量 RESET 引腳的電壓:正常為高電平(>2V),低電平或反復(fù)抖動(dòng)說(shuō)明復(fù)位電路異常;
②檢查復(fù)位電容、電阻是否參數(shù)錯(cuò)誤或損壞;
③若使用外部復(fù)位芯片,如 MAX811、TPS382x 系列,也要確認(rèn)芯片是否正常輸出復(fù)位信號(hào)。
六、其他可能原因
1. 外設(shè)引腳干擾:
某些與 XTAL 引腳共用的多功能引腳在配置錯(cuò)誤的情況下,會(huì)干擾振蕩啟動(dòng)。
2. PCB布線問(wèn)題:
①晶振走線過(guò)長(zhǎng)、過(guò)近于干擾源(如開(kāi)關(guān)電源、繼電器);
②沒(méi)有做晶振信號(hào)回路的地平面隔離,導(dǎo)致噪聲干擾振蕩信號(hào)。
3. 鎖相環(huán)(PLL)或內(nèi)部振蕩器配置錯(cuò)誤:
在使用軟件配置內(nèi)部時(shí)鐘模塊時(shí)(如 STM32 系列),如果相關(guān)寄存器設(shè)置錯(cuò)誤,也可能導(dǎo)致外部晶振不起振。
七、推薦的檢查流程
①確認(rèn)供電是否正常(電壓、電流穩(wěn)定性);
②確認(rèn)復(fù)位電路是否釋放(RESET腳電平);
③檢查晶振和兩側(cè)電容參數(shù)與焊接質(zhì)量;
④使用示波器觀察晶振引腳是否有振蕩波形;
⑤更換晶振或單片機(jī)試驗(yàn)是否恢復(fù)正常;
⑥檢查PCB布線是否合理,是否有強(qiáng)干擾源靠近晶振區(qū)域;
⑦檢查是否存在IO口誤配置或內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置錯(cuò)誤(如軟件代碼中禁用了外部晶振)。
以上就是英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師分享的如何檢查單片機(jī)晶振不工作的原因。英銳恩專(zhuān)注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),提供8位單片機(jī)、32位單片機(jī)。