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一、前言

昨天测试了基于手表晶体选频放大电路,用于竞赛车模室外计时模块。经过实际测量,这种音叉晶体选频电路的谐振特性, 所对应的增益中心频率,是在 32766Hz,但是,信号源所产生的信号频率却比这个频率高。下面将会讨论一下,究竟单片机系统时钟频率在多大时,可以产生最接近 32766Hz 的PWM信号。

二、理论分析

这是 STM32F103 单片机系统时钟配置框图。外部 8MHz 的晶体震荡信号,通过分频之后输入到后面的锁相环,再经过倍频之后,可以获得 4MHz 到 64MHz 的系统时钟。如果晶体震荡信号不分频,最大可以得到 72MHz 的系统时钟。这样,系统时钟就会有17种不同的频率。如果 以 32.766kHz 为中心频率,可以得到 PWM 实际输出频率。这样,便可以得到每一种系统频率下的PWM与中心频率之间的误差。

这里给出了不同的系统时钟下,计算出来 PWM 频率与所设定的 中心频率之间的误差。可以看到在系统时钟为 52MHz的时候,经过分频之后所得到的 PWM 的频率和 32.766kHz 的误差可以达到 0Hz。

▲ 图1.2.1 不同的系统频率和PWM频率和中心频率之间的误差


三、实际测量结果

下面,在实际电路板上进行测试。由于所使用的 8MHz 的晶体本身也有一定的误差,所以,实际测试的PWM 频率和理论值之间存在大约 4Hz 的差异。原本 系统频率在56MHz 时 PWM频率与 32.766kHz 误差最小。但实际上,系统频率在44MHz时,误差最小。

系统时钟 TIM1分频数量 PWM理论数值 PWM实测频率 中心频率误差
4 122 32786 32790 24
8 244 32786 32790 24
12 366 32786 32790 24
16 488 32786 32790 24
20 610 32786 32790 24
24 732 32786 32790 24
28 855 32748 32752 -14
32 977 32753 32756 -10
36 1099 32757 32760 -6
40 1221 32760 32763 -3
44 1343 32762 32765.9 0.1
48 1465 32764 32768 2
52 1587 32766 32769.7 3.3
56 1709 32767 32771 4
60 1831 32768 32772.4 6.4
64 1953 32770 32773.6 7.6
72 2197 32771 32775.4 9.4

结 ※

文讨论了单片机的频率与PWM频率精度之间的关系。如果希望输出 32.766kHz 的PWM频率,通过实际测试,可以看到在 单片机系统时钟频率为 44MHz 时误差最小。通过修正之后,所产生的PWM频率非常接近于32.766kHz,在使用音叉晶体选频电路中,的确所获得的选频放大信号最大。这也可以在一定程度上减少驱动无线线圈的功率。频率调准了,也提高了接收模块的灵敏度。



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