前言2 \ s0 _$ q1 M' M2 e, W 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。+ d, Q8 t+ I7 I9 g5 b- u 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。 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。' r3 N- K. Z t# S; L8 T3 H+ r q 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。! b9 Z, _2 r2 Q# 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。 2 h) w% G5 ~- C/ @ 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:' ?: t7 W5 v& B# @( b8 Y5 V! v+ b ●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6 { L5 k; a& Q3 M4 r7 T ●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。" M! Y+ C- K; N5 o2 P 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。# X2 f; J% H- R J$ E 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。+ \# k7 l* V2 V' Q) `5 D 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。 ! z {* }1 ?# \3 J' e% w0 c 6 B: ?- |3 I! ^" q' }; B $ U" c- k s3 G! X STM32L1x 器件还有两个次级时钟源 (不能用作系统时钟源): ●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)- R% X- ^1 B: L$ g4 O / d0 S, I: N$ L% ~2 ~ 2内部 RC 振荡器校准8 u* L! I& c% T, e# i. @ 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。" V# H% a" G- Y1 i8 S5 G D; | 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。% s2 ~$ s7 H1 c6 h2 I# ?% U- p: D 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。 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。 0 G7 M' R" |5 W: E5 H G& X 0 T; t6 x$ R5 E# [ ●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: L: Q0 o, A; }2 I6 \ MSICAL[7:0] = 默认的 MSICAL[7:0] + MSITRIM[7:0] ! ~& K: ?/ W1 }1 h - y8 u3 _; N$ D 示例: 假设默认的 MSI 校准值 MSICAL[7:0] 为 0x80。% C. w% d. n L9 Q 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" Z* l7 b5 r" f/ F/ J$ D" o 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)。 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:: |# s. x) g$ @( c$ D, y ? MSICAL[7:0] = 0x80 + 0x81 = 0x01及 MSICAL[7:0] = 0x80 + 0xFF = 0X7F 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)。0 f) J8 X& z% l5 }/ ` 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)。 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。# m2 ?8 d5 v! \3 Z , F! V5 P2 i. r' p 2.1校准原理! }2 l, x* v0 s9 x+ s# D 校准原理包括: 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,6 T2 q. ?1 O; p* L& P4 p) Q 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)。3 s0 R5 f, |0 y' N# s; i 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)。5 F% O% q6 m3 v9 S0 t z0 \ 下图显示了怎样使用定时器计数个数测量参考信号周期。 7 q; U& m2 Z+ z4 n7 r 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。 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:- h0 I" g% r" I $ m2 l4 J9 k5 j9 \9 i3 N# U . W5 Z3 S1 ^! C- B 误差 (单位 Hz)为测量频率与典型值之差的绝对值。 因此,内部振荡器频率误差表示为:8 O4 W7 ]. D9 c- p; Y2 ^, I t3 `- A+ B5 W- B 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)。7 \3 r5 W! L/ O. ]0 B. Q$ z+ M 9 T; X: Q* e. w & P4 h# V* q! X2 u8 n) f( o$ F% i* ? 完整版请查看:附件 ( N" ^3 s' s( z5 c+ P $ M7 Q5 B. G/ \$ J3 G9 J- } |
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