MCU中的HSIOSC和LSI時鐘信號是通過內部RC振蕩器產生的,該時鐘信號可能會受到外界因素比如溫度等的影響,使其頻率在一定范圍內產生誤差。CW32L083可以通過AUTOTRIM的時鐘校準定時器模式來對LSI和HSIOSC進行自動實時時鐘校準,獲得精度更高的時鐘信號。
HSIOSC時鐘校準模式
設置 AUTOTRIM_CR.MD 為 0x00,使定時器工作于 HSIOSC 校準模式。該模式支持自動實時校準HSIOSC的輸出頻率,使 HSIOSC 輸出頻率的精度不再受環境變化影響。
HSIOSC 時鐘校準,需要向定時器提供一個精準的低頻參考時鐘,其來源可以是 LSE 或外部 ETR 引腳輸入的低速精準時鐘信號,通過控制寄存器 AUTOTRIM_CR 的 SRC 位域進行選擇。
HSIOSC 校準模式的功能框圖如下圖所示:
設置 AUTOTRIM_CR.AUTO 為 1 使能自動校準,設置 AUTOTRIM_CR.EN 為1 使能定時器,開始自動校準流程。自動校準開始工作后,計數值寄存器AUTOTRIM_CNT 在每個 GCLK 時鐘周期內對 HSIOSC 時鐘 TCLK 從重載值 ARR 開始遞減計數,計數到 0 后開始遞增計數。當計數器已運行 1.5 倍 ARR 周期,計數器停止運行,同時 AUTOTRIM_ISR.MISS 標志位被硬件置 1,表示計數失敗。每當 GCLK 時鐘上升沿到達時,計數器重新開始從 ARR 遞減計數。
如果 GCLK 時鐘周期內,計數器的計數值大于誤差允許值 AUTOTRIM_FLIM,寄存器TrimCode 會自動調整,直到計數器的計數值小于誤差允許值 AUTOTRIM_FLIM,同時 AUTOTRIM_ISR.OK 標志位會被硬件置 1,表示校準精度已達標,此時可讀取 TrimCode 寄存器并寫入 SYSCTRL_HSI.TRIM,以校準 HSIOSC 時鐘頻率。
TrimCode 寄存器最大可調整為 0x1FF,故 TrimCode 值寫入 SYSCTRL_HSI.TRIM 時,需根據 TRIM 位域的初始校 準值寫入最高 2bit。代碼示例如下:
CW_SYSCTRL->HSI = (CW_SYSCTRL->HSI 0xFE00) | CW_AUTOTRIM->TVAL;
誤差允許值 FLIM 在設置重載值 ARR 時自動配置,校準精度為 0.4%,用戶不可寫入。重載寄存器 AUTOTRIM_ARR 設置公式如下:
ARR = TCLK×2PRS/RCLK-1
其中,RCLK 為參考時鐘源,PRS 為預分頻系數,TCLK 為計數時鐘源 HSIOSC 時鐘,這一部分是需要我們去配置的。
例:當參考時鐘源 RCLK 為 LSE(時鐘頻率為 32768Hz),預分頻系數 PRS 為 0x1 時,校準 HSIOSC 時鐘頻率為 48MHz,計算
ARR = 48000000×21 /32768-1 = 2928.6875
最接近的整數是:2929(0xB71)
即需要設置 AUTOTRIM_ARR 為 0xB71。
HSIOSC時鐘校準編程示例
通過上節的模式設置介紹我們可以根據其配置AUTOTRIM的HSIOSC的實時時鐘校準模式,HSIOSC 時鐘校準流程如下,當選擇參考時鐘源為 LSE 時,步驟 1 和步驟 2 不需要執行:
步驟 1:設置外設時鐘使能控制寄存器 SYSCTRL_AHBEN 的相關位為 1,使能AUTOTRIM_ETR 對應 GPIO 端口的配置時鐘及工作時鐘;
步驟 2:設置 GPIO 復用功能寄存器 GPIOx_AFRH 和 GPIOx_AFRL 的相關位,配置對應引腳為 AUTOTRIM 定時器的 AUTOTRIM_ETR 功能;
步驟 3:設置外設時鐘使能控制寄存器 SYSCTRL_APBEN2.AUTOTRIM 為 1,打開 AUTOTRIM 模塊的配置時鐘;
步驟 4:設置 AUTOTRIM_CR.MD 為 0x00,使定時器工作于 HSIOSC 時鐘校準模式;
步驟 5:配置控制寄存器 AUTOTRIM_CR.OST,選擇實時校準模式或單次校準模式;
步驟 6:配置控制寄存器 AUTOTRIM_CR.SRC,選擇 AUTOTRIM 參考時鐘源為LSE;
步驟 7:配置控制寄存器 AUTOTRIM_CR.PRS,選擇 AUTOTRIM 參考時鐘分頻系數;
步驟 8:根據上節HSIOSC時鐘校準模式ARR 配置公式,設置重載值寄存器 AUTOTRIM_ARR,自動配置 校準精度為 0.4%;
步驟 9:設置 AUTOTRIM_CR.AUTO 為 1,使能自動校準;
步驟 10:設置 AUTOTRIM_CR.EN 為 1,使能定時器,開始自動校準;
步驟 11:查詢等待 AUTOTRIM_ISR.END 和 AUTOTRIM_ISR.OK 標志位置 1,自動校準完成且精度達標;
步驟 12:讀取 TrimCode 寄存器,并將 TrimCode 值寫入 SYSCTRL_HSI.TRIM。
代碼示例:
CW_SYSCTRL->HSI = (CW_SYSCTRL->HSI 0xFE00) | CW_AUTOTRIM->TVAL;
具體的寄存器配置可以參考CW32L083用戶手冊的時鐘校準定時器(AUTOTRIM)章節。在上述的一系列校準步驟配置完之后,我們就可以通過示波器或者萬用表來讀取開發板的HSIOSC的頻率輸出,會發現在不同的溫度影響下,MCU會自動校準HSIOSC的時鐘頻率。通過對比會發現,用AUTOTRIM自動校準模式之后的HSIOSC會比沒有用AUTOTRIM的HSIOSC的精度更高,誤差更小。
LSI時鐘校準
設置 AUTOTRIM_CR.MD 為 0x01,使定時器工作于 LSI 校準模式。該模式支持自動實時校準 LSI 的輸出頻率,使 LSI 輸出頻率的精度不再受環境變化影響。
LSI 時鐘校準,需要向定時器提供一個精準的高頻計數時鐘,其來源可以是 HSE 或外部 ETR 引腳輸入的高速精準時鐘信號,通過控制寄存器 AUTOTRIM_CR 的 SRC 位域進行選擇。
LSI校準模式的功能框圖如下圖所示:
設置 AUTOTRIM_CR.AUTO 為 1 使能自動校準,設置 AUTOTRIM_CR.EN 為 1 使能定時器,開始自動校準流程。
自動校準開始工作后,計數值寄存器 AUTOTRIM_CNT 在每個 GCLK 時鐘周期內對計數時鐘 TCLK 從重載值 ARR 開始遞減計數,計數到0后開始遞增計數。當計數器已運行1.5倍ARR 周期,計數器停止運行,同時 AUTOTRIM_ISR.MISS 標志位被硬件置1,表示計數失敗。每當 GCLK 時鐘上升沿到達時,計數器重新開始從 ARR 遞減計數。
如果 GCLK 時鐘周期內,計數器的計數值大于誤差允許值 AUTOTRIM_FLIM,則寄存器TrimCode會自動調整,直到計數器的計數值小于誤差允許值 AUTOTRIM_FLIM,同時 AUTOTRIM_ISR.OK 標志位會被硬件置 1,表示校準精度 已達標,此時可讀取 TrimCode 寄存器并寫入 SYSCTRL_LSI.TRIM,以校準 LSI 時鐘頻率。具體的代碼配置可以參考下節的步驟12的代碼示例。
TrimCode 寄存器最大可調整為0x1FF,故 TrimCode 值寫入 SYSCTRL_LSI.TRIM 時,需根據 TRIM 位域的初始校 準值寫入最高 1bit。
代碼示例如下:
CW_SYSCTRL->LSI = (CW_SYSCTRL->LSI 0xFE00) | CW_AUTOTRIM->TVAL;
誤差允許值 FLIM 在設置重載值 ARR 時自動配置,校準精度為 0.4%,用戶不可寫入。重載寄存器 AUTOTRIM_ARR 設置公式如下:
ARR = TCLK×2PRS/RCLK-1
其中,RCLK 為 LSI 時鐘,PRS 為預分頻系數,TCLK 為計數時鐘源。
例:當計數時鐘源 TCLK 為 HSE(時鐘頻率為 16MHz),預分頻系數 PRS 為 0x1 時,校準 LSI 時鐘頻率為 32kHz,計算
ARR = 16000000×21 /32000-1 = 999
即需要設置 AUTOTRIM_ARR 為 0x3E7。
LSI時鐘校準編程示例
通過上節的模式設置介紹我們可以根據其配置AUTOTRIM的LSI的實時時鐘校準模式,LSI 時鐘校準流程如下,當選擇計數時鐘源為 HSE 時,步驟 1 和步驟 2 不需要執行:
步驟 1:設置外設時鐘使能控制寄存器 SYSCTRL_AHBEN 的相關位為 1,使能 AUTOTRIM_ETR 對應 GPIO 端口的 配置時鐘及工作時鐘;
步驟 2:設置 GPIO 復用功能寄存器 GPIOx_AFRH 和 GPIOx_AFRL 的相關位,配置對應引腳為 AUTOTRIM 定時器 的 AUTOTRIM_ETR 功能;
步驟 3:設置外設時鐘使能控制寄存器 SYSCTRL_APBEN2.AUTOTRIM 為 1,打開 AUTOTRIM 模塊的配置時鐘;
步驟 4:設置 AUTOTRIM_CR.MD 為 0x01,使定時器工作于 LSI 時鐘校準模式;
步驟 5:配置控制寄存器 AUTOTRIM_CR.OST,選擇實時校準模式或單次校準模式;
步驟 6:配置控制寄存器 AUTOTRIM_CR.SRC,選擇 AUTOTRIM 計數時鐘源HSE;
步驟 7:配置控制寄存器 AUTOTRIM_CR.PRS,選擇 AUTOTRIM 參考時鐘分頻系數;
步驟 8:根據 11.3.3 LSI 時鐘校準小節 ARR 配置公式,設置重載值寄存器 AUTOTRIM_ARR,自動配置校準精度 為 0.4%;
步驟 9:設置 AUTOTRIM_CR.AUTO 為 1,使能自動校準;
步驟 10:設置 AUTOTRIM_CR.EN 為 1,使能定時器,開始自動校準;
步驟 11:查詢等待 AUTOTRIM_ISR.END 和 AUTOTRIM_ISR.OK 標志位置 1,自動校準完成且精度達標;
步驟 12:讀取 TrimCode 寄存器,并將 TrimCode 值寫入 SYSCTRL_LSI.TRIM。
代碼示例:
CW_SYSCTRL->LSI = (CW_SYSCTRL->LSI 0xFE00) | CW_AUTOTRIM->TVAL
來源:武漢芯源半導體
審核編輯:湯梓紅
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