前言 STM32L1xx 微控制器有两个内部 RC 振荡器可做为系统时钟源。它们是 HSI(高速内部)和MSI(多速内部)振荡器。HSI 振荡器的典型频率为 16 MHz。MSI 振荡器为低速、低功耗时钟源。 工作温度对 RC 振荡器的精度有影响。在 25 ℃时,HSI 和 MSI 振荡器的典型精度为 ±1%,但在 -40 到 105 ℃温度范围,精度会降低。 为补偿温度对内部 RC 振荡器精度的影响,STM32L1xx 微控制器的内置一些功能可帮您校准HSI 和 MSI 振荡器及测量 MSI 和 LSI (低速内部)振荡器频率。 a$ r/ O: M) e+ m$ h 本应用笔记侧重如何校准内部 RC 振荡器:HSI 和 MSI。它展示了两个方法:第一个方法基于寻找具有最低误差的频率,第二个方法是寻找具有最大允许误差的频率。两个方法都通过提供精确参考信号的方式实现。 MSI 和 LSI 振荡器的测量都是通过将振荡器连至定时器输入捕获执行。 注 : 1在本文中, STM32L1xx 指超低功耗大容量、中容量增强型、中容量器件。. ?2 c( U. `5 W+ j& |8 O 2超低功耗中容量器件为 STM32L151xx 和 STM32L152xx 微控制器,其闪存密度范围为 64至 128K 字节。* Z- g& P2 }6 q. d/ M" F5 a 3超低功耗中容量增强型器件为 STM32L151xx、 STM32L152xx 和 STM32L162xx 微控制器,其闪存密度为 256 K 字节。 4超低功耗大容量器件为 STM32L151xx、STM32L152xx 和 STM32L162xx 微控制器,其闪存密度为 384 K 字节。0 b; d7 g1 E! h! }/ [ 8 B" n/ |5 x3 C* a 1 STM32L1xx 系统时钟 STM32L1xx 微控制器系列有多个时钟源可用于驱动系统时钟: ●16 MHz 高速内部 (HSI) RC 振荡器时钟 ●1 至 24 MHz 高速外部 (HSE)振荡器时钟 ●65.5 kHz 至 4.2 MHz 多速内部 (MSI) RC 振荡器时钟 ●2 至 24 MHz 锁相环 (PLL),由 HSI 或 HSE 振荡器提供时钟 高速内部 (HSI) RC 振荡器一般频率为 16 MHz,耗电 100 µA。 多速内部(MSI)RC 振荡器提供了七个频率范围:65.5 kHz、131 kHz、262 kHz、524 kHz、1.05 MHz、 2.1 MHz (默认值)和 4.2 MHz。它的设计为工作电流与频率成正比 (请参考产品手册以获得 MSI 耗电与所选频率范围之间关系的更详细信息),因此当 CPU 在低频运行时,内部振荡器耗电可最小化。在从复位重启、从停止唤醒、待机低功耗模式后, MSI 时钟被用作系统时钟。 内部 RC 振荡器 (HSI 和 MSI)提供了低成本时钟源 (不需外部元件),这是其优点。它还具有比外部振荡器更快的启动时间和更低的功耗。可校准 HSI 和 MSI 振荡器以提高其精度。* E% b% [) z, |: }4 y' {$ z 但即使校准后,内部RC振荡器频率也不如外部晶振或陶瓷谐振器的频率精度(几十ppm)高。 注 :若外部振荡器发生故障,内部 RC 振荡器 (HSI 和 MSI)还可作为备份时钟源 (辅助时钟)使用。( j3 j2 W. P8 Y4 @/ M 8 M" f" G& v+ ]3 o5 x, [ STM32L1x 器件还有两个次级时钟源 (不能用作系统时钟源):( m, T- T' Z$ } ●37 kHz 低速内部 (LSI) RC,设计为驱动独立看门狗,也可驱动实时时钟 (RTC)。 该 LSI 振荡器无法校准,但可对其测量以评估 (由温度和电压变化引起的)频率偏差 ●32.768 kHz 低速外部晶振 (LSE 晶振),用于驱动实时时钟 (RTC) 7 g( f- a+ V$ W. N# A - {# j1 t9 Z5 o* N$ u" K8 z 2内部 RC 振荡器校准 {3 P6 F$ J. s: T8 ? @5 m 由于生产过程的不同,每个芯片的内部 RC 振荡器的频率都可能不同。因此,MSI 和 HSI RC振荡器由 ST 工厂校准,以获得 TA = 25 ℃时 1% 的精度。复位后,工厂校准值自动加载到内部校准位中。 可微调内部 RC 振荡器的频率,以在更宽的温度和供电范围内达到更好的精度。这就是微调位的作用。 对于 HSI 振荡器,复位后校准值加载于 HSICAL[7:0] 位中。有五个微调位 HSITRIM[4:0] 用于微调。默认微调值为 16。增加 / 降低此微调值会增加 / 降低 HSI 频率。 HSI 振荡器微调步长为 0.5% (在 80 kHz 周围)。 ●将微调值写为 17 至 31 会增加 HSI 频率。 ●将微调值写为 0 至 15 会降低 HSI 频率。 ●将微调值写为 16, HSI 频率会保持为默认值。 _) H/ \6 f" p7 D- R; `; W 下图显示了随校准值变化的 HSI 振荡器行为。HSI 振荡器频率随校准值增加(校准值 = 默认的 HSICAL[7:0]+ HSITRIM[4:0]),除了在模 16 处。在这些校准值处,负步进会达到正步进的三倍。6 D- x9 F* L9 ?& H! L' y+ v ; F5 ~+ r/ g! f) q' N( I ●对于 MSI 振荡器,复位后校准值加载于 MSICAL[7:0] 位中。使用了八个微调位MSITRIM[7:0],因此有更宽的调整范围。校准基于将默认的 MSICAL[7:0] 位 (复位值)加上 MSITRIM[7:0] 位。 结果储存于 MSICAL[7:0] 中:& j0 l, a% Y: I- e- r0 l$ e MSICAL[7:0] = 默认的 MSICAL[7:0] + MSITRIM[7:0] 3 z$ Z4 I Z6 M5 A4 d( U9 u 示例:) r5 I+ E+ u* H: K2 e+ H. m 假设默认的 MSI 校准值 MSICAL[7:0] 为 0x80。 1.将 0x01 到 0x7F 之间的值写入 MSITRIM[7:0] 会导致校准值 MSICAL[7:0] 的范围为: MSICAL[7:0] = 0x80 + 0x01 = 0x81及 MSICAL[7:0] = 0x80 + 0x7F = 0xFF 这些结果大于 0x80 (默认的 MSI[7:0] 值),因此 MSI 频率增加 1 步 (0x81 -0x80)至 127 步 (0xFF - 0x80)。0 b4 w5 g! j! u0 ^+ h. d 2. 将 0x81 到 0xFF 之间的值写入 MSITRIM[7:0] 会导致校准值 MSICAL[7:0] 的范围为: MSICAL[7:0] = 0x80 + 0x81 = 0x01及 MSICAL[7:0] = 0x80 + 0xFF = 0X7F3 h8 K4 t/ f8 g F( g+ d" b$ ]/ J2 u- u% N0 D 这些结果小于 0x80 (默认的 MSI[7:0] 值),因此 MSI 频率降低 1 步 (0x01)至127 步 (0x7F)。+ \, C" A; n1 ^* R" i* \ 3. 在 MSITRIM[7:0] 中写入默认校准值 (0x80)会导致校准值 MSICAL[7:0] 等于MSICAL[7:0] = 0x80 + 0x80 = 0x00,因此 MSI 频率会降低 128 步 (最低频率)。 $ e1 `$ z3 \+ y+ E: `+ ] 下面的图 3 显示了在范围 6 (4194304 Hz)处 MSI 行为随 MSICAL[7:0] 的变化。( f' b, N9 }2 V3 G+ N6 S % ]6 o, K9 B; p- H 6 X+ Y4 I4 Y+ ]4 F4 [9 t, m ) E8 k7 j: ~9 y, B3 U% C 2.1校准原理 校准原理包括:% ^) O* j8 I3 r 1.将 (需要校准的)内部 RC 振荡器设置为系统时钟, 2. 测量每个微调值的内部 RC 振荡器 (HSI 或 MSI)频率, ^, O$ G2 i' w 3. 计算每个微调值的频率误差, 4. 最后,将微调位设置为最优值 (对应于最低频率误差)。. a2 Q+ c! y- L 内部振荡器频率并非直接测量,而是使用定时器计算时钟脉冲个数,与典型值比较。为此,必须有一个非常精确的参考频率,比如由外部 32.768 kHz 晶振或 50 Hz/60 Hz 电源频率(请参考第 2.2.2 章节 : 其它源用作参考频率的情况)。 下图显示了怎样使用定时器计数个数测量参考信号周期。1 l& j K1 q2 b0 S # H2 l7 x$ w! a+ I$ t4 a# [ 启用定时器计数后,当第一个参考信号上升沿发生时,捕捉定时器计数值,储存于IC1ReadValue1 中。在第二个上升沿,又捕捉到定时器计数,储存于 IC1ReadValue2 中。在两个连续上升沿之间的时间 (IC1ReadValue2 - IC1ReadValue1)表示了参考信号的整个周期。" y2 e' f: h+ }1 x! M' H 因为定时器计数器的时钟由系统时钟提供 (内部 RC 振荡器 HSI 或 MSI),因此与参考信号 有关的内部 RC 振荡器生成的真正频率为: ! P. _9 D; y( X O2 K. o+ K" s& p & k' L6 v5 e* S " m5 \8 {" Z/ q- P2 O 误差 (单位 Hz)为测量频率与典型值之差的绝对值。& ^. x* t) m/ O8 F! {0 x 因此,内部振荡器频率误差表示为: ) G5 q* d+ Y8 S0 \ ; e# y- E) _* h, `6 M - S7 @& \6 ^. X0 c 对每个微调值计算误差之后,算法会决定最优微调值 (对应于最接近典型值的频率),编程于微调位中 (请参考第 2.3 章节 : 内部振荡器校准固件说明以获取更详细信息)。0 w% _5 x6 x! }2 K) r/ B: E, m' ]& C ' n& [, p: I- C! w1 G 6 M4 ~; W' i/ G0 J, C/ ] 完整版请查看:附件; g' n% D+ K. a1 r! o. j+ j |
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