在单片机与嵌入式系统的开发中，晶振是至关重要的元器件。以 STM32 开发套件为例，只要用到 CPU 的地方就必定有晶振的存在。那么，晶振究竟是如何工作的呢？
什么是晶振
晶振一般指晶体振荡器。它是从一块石英晶体上按特定方位角切下的薄片，简称为晶片。石英晶体谐振器，简称为石英晶振，外观常如椭圆物体。而在封装内部添加 IC 组成振荡电路的晶体元件则称为晶体振荡器。其产品封装形式多样，常见的有金属外壳封装，此外也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
晶振工作原理
石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的谐振器件。其基本构成是：从石英晶体上按一定方位角切下薄片，在两个对应面上涂敷银层作为电极，各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称石英晶体、晶体或晶振。
若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形；反之，若在晶片两侧施加机械压力，则在晶片相应方向上会产生电场，这种现象称为压电效应。当在晶片两极上加交变电压时，晶片会产生机械振动，同时机械振动又会产生交变电场。一般情况下，晶片机械振动和交变电场的振幅微小，但当外加交变电压频率为某一特定值时，振幅明显加大，这种现象称为压电谐振，与 LC 回路的谐振现象相似，其谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
从等效电路来看，当晶体不振动时，可视为一个平板电容器（静电电容 C），其大小与晶片几何尺寸、电极面积有关，一般为几个皮法到几十皮法。晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感 L 等效，L 值一般为几十豪亨到几百豪亨；晶片的弹性可用电容 C 等效，其值很小，一般只有 0.0002 - 0.1 皮法；晶片振动时因摩擦造成的损耗用 R 等效，数值约为 100 欧。由于晶片等效电感大、C 小、R 也小，回路的品质因数 Q 很大，可达 1000 - 10000。加上晶片本身谐振频率基本只与切割方式、几何形状、尺寸有关且可控制，所以利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。
计算机的计时电路通常使用精密加工的石英晶体，它在张力限度内以特定频率振荡，该频率取决于晶体的切割方式和受到的张力大小。与每个石英晶体相关联的有两个寄存器，一个计数器和一个保持寄存器。石英晶体每次振荡使计数器减 1，当计数器减为 0 时产生一个中断，计数器从保持寄存器中重新装入初始值，通过这种方式可以对计时器进行编程，使其以特定频率产生中断，每次中断称为一个时钟嘀嗒。
晶振在电气上可等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，该网络有两个谐振点，较低频率为串联谐振，较高频率为并联谐振。由于晶体自身特性，这两个频率距离接近，在极窄频率范围内，晶振等效为一个电感。所以只要在晶振两端并联合适的电容，就会组成并联谐振电路，将其加到负反馈电路中可构成正弦波振荡电路。因为晶振等效为电感的频率范围窄，即使其他元件参数变化大，振荡器频率也不会有很大变化。
晶振有一个重要参数 —— 负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，可得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路是在一个反相放大器的两端接入晶振，再用两个电容分别接到晶振两端，每个电容另一端接地，这两个电容串联的容量值应等于负载电容，同时要注意一般 IC 的引脚都有等效输入电容，不能忽略。通常晶振的负载电容为 15 皮或 12.5 皮，如果考虑元件引脚的等效输入电容，两个 22 皮的电容构成晶振的振荡电路是比较好的选择。
