单片机时钟与PWM频率的精度

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@小白创作中心

单片机时钟与PWM频率的精度

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/141585677

本文讨论了单片机的频率与PWM频率精度之间的关系。通过理论分析和实际测试，研究了如何通过调整STM32F103单片机的系统时钟频率来获得最接近32766Hz的PWM信号。

PWM频率

一、前言

在竞赛车模室外计时模块的设计中，使用了基于手表晶体的选频放大电路。经过实际测量发现，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为32766Hz，但信号源所产生的信号频率却比这个频率高。因此，需要研究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。

通过Python代码计算不同系统时钟频率下的PWM误差：

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2024-08-27
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
fdim = [4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,44,48,52,56,60,64,72]
err = []
fpwm = 32766
for f in fdim:
    ff = int(f*1e6/fpwm+0.5)
    fff = int(f*1e6/ff)
    epwm = fpwm-fff
    printff(f, ff, fpwm, epwm)
    err.append(epwm)
plt.plot(fdim, err, lw=3)
plt.xlabel("Fsys(Mhz)")
plt.ylabel("Err(Hz)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

计算结果显示，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

在实际电路板上进行测试时，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。

下面是不同系统时钟频率下的测试数据：

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