STM32内置晶振和外置晶振的精度差别

STM32系列处理好像都有内置的RC振荡器,这个内置RC振荡器可以代替外置晶振,可以节省成本和PCB空间。

我之前有几个设计都是使用的内置的晶振,觉得使用起来很方便,我也知道内置振荡器的精度不如外置的晶振,但是一直没有遇到对于振荡器的精度有十分严格的要求的应用。不过这次对付一个对时间精度要求比较高的应用,我发现了内置RC振荡器和外置晶振的差别还是很大的,而其我使用的还是最廉价的外置晶振,其精度就远高于内置振荡器。

例如有个应用我需要精确延时9999秒钟,使用定时器进行定时中断,设置10ms的定时周期,需要经过9999 / 10 * 1000=999900个定时周期才能完成。而定时器的时钟源是由APB2(文档上写的是APB1,程序上是APB2)提供的,APB2的时钟最终来自HSI、PLL、HSE三个时钟源。因此我简单测试了一下使用HSI和HSE通过PLL倍频之后得到的时钟的精度。但是直接测量9999秒钟的时间有点麻烦,我就测量2秒钟的时间即可,看看定时2秒钟,内外时钟源分别能提供什么样的精度,采集设备使用逻辑分析仪或者示波器即可。

下面是使用HSI时钟测到的2秒钟的波形:

可以看到实际定时时间为2.004270583秒钟,规定 α = Ta / Tb,其中Ta表示设定的定时时间,Tb表示实际定时时间,阿尔法为比例系数,我们大致按照比例缩放来计算如果定时9999秒的话实际定时时间为Ta = Tb * α = 10020.3507797085秒,误差为21秒钟,说实话,这误差已经很大了。

使用外置晶振进行测试结果如下:

可以看到实际定时时间为2.000074417秒,按照同样的方法进行计算可以得到Ta = Tb * α = 9999.3720477915秒,误差0.372秒,这个是完全可以接受的,如果还要更高精度的定时时间可以使用更高精度的晶振,也可以使用频率值高一点的晶振,然后下调PLL倍频系数,因为晶振的误差是固定的,经过PLL倍频之后,误差同样被放大了,降低PLL倍频系数可以减少误差的放大。同样的还可以直接选取48MHz的晶振,然后SYSCLK的时钟源直接选择HSE即可,这样误差可以做到更小,但是STM32能支持最大的晶振是有限制的。

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