分析 XTAL1 和 XTAL2，及构成的时钟电路

51单片机的18,19脚XTAL1，XTAL2用来提供外部振荡源给片内的时钟电路。

XTAL1和XTAL2引脚，该单片机可以使用外部时钟也可以使用内部时钟。

当使用内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；

当使用外部时钟时，用于接外部时钟信号，NMOS接XTAL2，CMOS接XTAL1。

原理：

XTAL1和XTAL2分别是一个反相器的输入和输出。NMOS的反相器是所谓的E-D结构的电路（一个增强型MOS提供逻辑，一个耗尽型MOS提供上拉），在模拟应用的情形下，从XTAL1提供外部时钟是不好的（反馈网络产生不期望的副作用），而把XTAL1接地，直接从XTAL2驱动内部电路并不需要额外的驱动能力。

CMOS反相器接成振荡电路，可以使用大得多的反馈电阻，直接驱动XTAL1不会有问题，且不允许另外的驱动源连接到XTAL2，故从XTAL1提供外部时钟。

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"。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，无缘晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无缘晶振是有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个引脚，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。

有源晶振是用石英晶体组成的，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”。

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。既然外部时钟方式相对内部较为方便，那为什么大多数单片机系统还是选择内部时钟方式呢？这是因为单片机的内部振荡器能与晶振、电容构成一个性能非常好的时钟信号源，而如果要产生这样的信号作为外部时钟信号输入到单片机中，则需要添加的器件远不止一个晶振和两个电容这么简单。时钟电路在单片机系统中很重要，它能控制着单片机工作的节奏，是必不可少的部分。