CN104679098A - 微控制器时钟频率自动校准电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微控制器时钟频率自动校准电路，包括：一芯片外部的晶体振荡器，用于产生32768Hz基准时钟；一芯片内部的RC振荡器，用于产生4MHz±10%的时钟，并且能进行步进为0.1MHz的频率微调；一计数器；其计数时钟为RC振荡器输出的时钟；以所述基准时钟作为计数使能；当计数使能有效时，开始计数，当计数使能端无效时，停止计数；一计数值比较器，将所述计数器当前的计数值与期望值相比较，输出比较结果；一频率调整器，根据所述计数值比较器的比较结果，产生频率控制信号，控制所述RC振荡器进行频率微调。本发明能自动将微控制器的内部频率校准到期望值，无需其他的人工干预，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及微控制器（Micro Controller Unit MCU）领域，特别是涉及一种微控制器的内部时钟频率自动校准电路。
背景技术
微控制器中所使用的时钟振荡器分为两大类，一类是外接石英晶体的晶体时钟振荡器，另一类是RC振荡器（电阻电容型选频网络时钟振荡器）。晶体时钟振荡器的特点是精度高，一般可以达到20PPM（百万分之一）级别，但是起振时间较慢，成本较高。RC振荡器（电阻电容型选频网络时钟振荡器）的特点是成本低，起振时间较快，但是精度较低，会有较大的误差。
由于起振时间短的特点，低功耗微控制器内主工作时钟一般由RC振荡器（电阻电容型选频网络时钟振荡器）产生。但是该类型时钟振荡器的稳定度不高，受环境温度、生产工艺的影响较大，主时钟频率往往无法保持在期望值。这会导致依赖精确时钟频率的应用,比如，UART串行通讯、计时器无法正常工作，这就需要一种快速校准时钟频率的装置。
校准微控制器内部时钟频率的一般方法是，把内部时钟频率通过芯片管脚输出，用示波器直接测量该时钟频率，如果没有达到期望值，则通过微控制器所运行的程序来调整频率寄存器的值，直到达到期望值为止。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微控制器时钟频率自动校准电路，能自动将微控制器的内部频率校准到期望值，无需其他的人工干预，提高工作效率。
为解决上述技术问题，本发明的微控制器时钟频率自动校准电路，包括：
一芯片外部的晶体振荡器，用于产生精准的32768Hz基准时钟；
一芯片内部的RC振荡器，用于产生4MHz±10%的时钟，并且能进行步进为0.1MHz的频率微调；
一计数器；与所述晶体振荡器和RC振荡器相连接，其计数时钟为待校准的所述RC振荡器输出的时钟；以所述晶体振荡器输出的32768Hz基准时钟作为计数使能；当计数使能有效时，开始计数，当计数使能端无效时，停止计数；
一计数值比较器，与所述计数器相连接，将所述计数器当前的计数值与期望值相比较，输出比较结果；
一频率调整器，与所述计数值比较器和RC振荡器相连接，根据所述计数值比较器的比较结果，产生频率控制信号，控制所述RC振荡器进行频率微调。
本发明用微控制器外部的晶体振荡器产生精准频率的时钟信号，利用该精准频率的时钟信号校准微控制器内部的RC振荡器；这样可以把工作主频精确地校准到期望值，并且无需人工干预，较大地提高了工作效率。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是微控制器时钟频率自动校准电路原理框图；
图2是频率校准过程示意图；
图3是频率校准逼近示意图。
具体实施方式
所述微控制器时钟频率自动校准电路的基本构思是，用晶振产生的时钟提供一个精准的时间段，再用这个精准时间段使能硬件计数器，让计数器在这个时间段内以待校准的时钟频率进行计数。之后比较计数值与期望值，得到两者误差，以此来调整待校准时钟振荡器的输出。
结合图1所示，所述微控制器时钟频率自动校准电路，包括：
一芯片外部的晶体振荡器，用于产生精准的频率为32768Hz的基准时钟，在占空比50%的情况下，高电平的时间长度为周期1/32768秒的一半，并且因为石英晶体的特性，该基准时钟频率精度很高，高电平的时间基本不变。
一芯片内部的RC振荡器，为电阻电容型选频网络振荡器，用于产生频率为4MHz±10%的时钟，并且可以进行步进为0.1MHz的频率微调。
一计数器，其计数时钟为待校准的所述RC振荡器输出的时钟，所述晶体振荡器产生的基准时钟作为计数使能；当计数使能有效时，例如计数使能信号由低电平变为高电平时，计数器从零值开始计数；计数使能端无效时，例如计数使能信号由高电平变为低电平时，计数器停止计数，保持当前的计数值。因为计数使能有效的时间是精确可知的（1/32768秒），这样通过计数值就可以计算出当前的计数时钟频率。
一计数值比较器，设定4MHz为频率的期望值，该频率的期望值在基准时钟频率的一个高电平时间范围（1/32768÷2秒）内的计数值是确定的（1/32768÷2÷1/4M=61）。当计数使能信号出现从高电平向低电平的负跳变沿时，该计数值比较器比较计数器的当前计数值与期望值，计算出两者之间的差值，并计算出两者的频率差值。如果当前计数值>期望值，则说明所述RC振荡器当前时钟频率小于频率的期望值，需要调高所述RC振荡器当前时钟频率；如果当前计数值<期望值，则说明所述RC振荡器当前时钟频率大于频率的期望值，需要调低所述RC振荡器当前时钟频率。
一频率调整器，根据计数器比较器的比较结果，产生出频率控制信号，用于调整RC振荡器输出时钟的频率，以得到期望的频率值。
时钟频率的校准过程可参见图2，根据图2所示，当计数使能信号有效时，所述计数器从零值开始计数。比较计数值与期望值，计算出二者之间的差值，调整待校准时钟频率。当计数使能信号再次有效时，所述计数器继续从零值开始计数。比较计数值与期望值，计算出二者之间的差值，如果差值为零，则校准完成。
时钟频率校准逼近过程可参见图3所示，当所述计数器计算出当前的计数时钟频率为3.5MHz时，则加0.1MHz的频率，进行微调；如此依次步进，直至待校准时钟频率达到期望的时钟频率4MHz为止。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种微控制器时钟频率自动校准电路，其特征是，包括：
一芯片外部的晶体振荡器，用于产生32768Hz基准时钟；
一芯片内部的RC振荡器，用于产生4MHz±10%的时钟，并且能进行步进为0.1MHz的频率微调；
一计数器；与所述晶体振荡器和RC振荡器相连接，其计数时钟为待校准的所述RC振荡器输出的时钟；以所述晶体振荡器输出的32768Hz基准时钟作为计数使能；当计数使能有效时，开始计数，当计数使能端无效时，停止计数；
一计数值比较器，与所述计数器相连接，将所述计数器当前的计数值与期望值相比较，输出比较结果；
一频率调整器，与所述计数值比较器和RC振荡器相连接，根据所述计数值比较器的比较结果，产生频率控制信号，控制所述RC振荡器进行频率微调。
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