ATMEGA8L和STC8H1K08內部RC振蕩器精度測試

ID:383215 · 發表于 2022-6-6 22:17

看了一個關于單片機內部RC頻率校正的帖子，對我做的電路非常擔憂，我這個電路既有18B20，又有串口通信，沒有外接晶體，萬一內部RC振蕩器精度不夠，就白忙乎了。本想做個簡易恒溫箱，覺得太麻煩，突然想到，用電吹風加溫一樣可以測試，正好我的電路上有兩個18B20，把兩個18B20放在單片機旁邊，用電吹風加熱，18B20測試到的溫度和芯片的溫度應該相差不會太大。首先百度了一下波特率如何計算？搜到這樣一段話：當波特率為9600bps時，傳輸一個bit的時間間隔大約為104.16us；波特率為115200bps時，傳輸一個bit的時間間隔大約為8us。用計數器算了一下，基本上知道如何計算波特率，再用電腦通過串口調試助手發送0x7f。

0x7f的波形原來是這個樣子，波特率選9600bps，示波器測量一個bit的寬度是105us和9.549k，經過計算，波特率分別為9523bps和9549bps。

這是0x7f、0x55、0xaa波形，屏幕可以顯示18個bit的寬度是1.87ms和534.4Hz，經過計算，波特率分別為9525bps和9616bps，基本接近9600bps，由于我的示波器是虛擬示波器，誤差肯定有，但是搞不清是電腦發送的誤差還是示波器的誤差？又由于示波器測到的波形寬度，Hz的精度高于mS，之后的測量就只記錄Hz了。
接下來測試ATMEGA8L在常溫26度的波特率，增加一個0x7f的發送，著重測量0x7f的波形，按9bit長度是266.2Hz，經過計算，波特率為2395bps，實際上波特率就是2400bps，我編程序的時候根本沒有考慮具體的波特率是多少，只用示波器看波形，用100Hz的過零信號發送，1秒鐘發送100個字節，每個字節的寬度占過零脈沖的一半左右就可以了。

我的這個電路是從機的兩個18B20測到的溫度值用串口發送到主機，主機數碼管的3、4和5、6位顯示溫度，我用電吹風把從機加溫到60度以上，我看見溫度值顯示正常就說明沒有問題了，繼續測量也就是為了得到一個比較精確的誤差值。60度的時候，9個bit0x7f的波形長度是264.1Hz，經過計算，波特率分別為2376bps。進一步計算，26度的常溫和60度以上的溫度，ATMEGA8L的內部RC振蕩器的頻率僅僅出現0.788%的誤差，連1%的誤差都沒有達到，據說串口通信最大誤差不要超過5%，通常誤差在2.5%以內是沒有問題的。至于18B20的最大誤差，以前就測試過， 18B20寫時序為1的時候對精度要求最高，最少延時16μS，最佳延時20μS，最大延時24μS，算下來18B20的最大誤差居然達到±16%，更是不用擔心。
接下來測試STC8H1K08，26度常溫，9個bit0x7f的波形長度是260.5Hz，經過計算，波特率為2344bps。再接下來的測試簡直跌破眼鏡，0x7f的波形加溫到60度以上的值和常溫26度的值居然一模一樣，都不相信自己的眼睛了，又試了幾遍，還是一樣，STC單片機的內部RC振蕩器會有那么高級？難道有溫度補償？不可能，換一片試試。

由于我自己做的測試板非常方便，左右一交換，重新寫一下程序，就是換了一片做測試，26度常溫，9個bit0x7f的波形長度是260.3Hz，60度以上高溫，9個bit0x7f的波形長度長度是260.7Hz，又測試一片，26度常溫，9個bit0x7f的波形長度是260.7Hz，60度以上高溫，9個bit0x7f的波形長度是259.8Hz，不用計算波特率了，三片STC8H1K08常溫26度和60度以上高溫，內部RC振蕩器頻率的最大誤差只有0.34%。繼續再測試另外一片ATMEGA8L，算出兩片ATMEGA8L常溫高溫RC振蕩器頻率最大誤差0.86%。
總體而言，無論是ATMEGA8L還是STC8H1K08，內部RC振蕩器的精度基本夠用，沒有特別特殊的要求，不需要外接晶體，ATMEGA8L內部RC振蕩器最高頻率是8兆，STC8H1K08內部RC振蕩器最高頻率高達35兆，理論上STC8H1K08內部RC振蕩器比ATMEGA8L內部RC振蕩器精度高4倍以上。我用ATMEGA8L內部RC振蕩器僅僅是1兆，這個速度大概相當于傳統89C51單片機外接8兆左右晶體的速度，基本夠我用了，STC8H1K08內部RC振蕩器我也只用1兆，感覺比ATMEGA8L內部RC振蕩器1兆的速度還要快一些，由于有的STC8H1K08內部RC振蕩器不能燒寫到1兆，只有被迫使用1.2兆。
忍不住測試常溫ATMEGA16,5V供電和3.3V供電的內部RC振蕩器誤差達到了4%，STC8H1K08，5V供電和3.3V供電的內部RC振蕩器誤差竟然只有0.04%，證明電壓的變化造成的RC振蕩器誤差超過溫度，STC的表現比AVR更好一些，看來我準備用STC8H1K08替代ATMEGA8L是比較放心的。雖然我的這個測試精度不是很高，也有一定局限性，但是，基本上還是八九不離十，影響單片機內部RC振蕩器的精度也就是電壓和溫度，只要不是電池供電，電壓的影響可以忽略不計，剩下的只有溫度了，我這里是南方，一年四季很少有低于零度的情況，我做的這個東西又不太可能到北方去用。我用最低的單片機內部RC振蕩器編程，又用較低的波特率通信，是為了降低單片機內部RC振蕩器的精度要求，不知道我的測試方法還有這些理念有沒有什么錯誤？歡迎大家批評指正！

ID:390416 · 發表于 2022-6-7 09:23

85度以內，STC精度是0.3% 這個他們是做到了的。

ID:91150 · 發表于 2022-6-7 09:56

贊賞這篇文章，這種工作態度。收藏這篇文章。
"示波器是虛擬示波器"是哪一種？USB接口專門的？聲卡虛擬的？

ID:383215 · 發表于 2022-6-7 12:09

人人學會單片機發表于 2022-6-7 09:23
85度以內，STC精度是0.3% 這個他們是做到了的。

可能有的芯片高于這個值，不是所有STC單片機都能達到這個值，這方面STC至少比AVR單片機還要好用一些，AVR單片機可以校正內部RC振蕩器，也很準確，只是我做的電路要求不高，無需校正。

ID:383215 · 發表于 2022-6-7 12:11

wjhhhhh 發表于 2022-6-7 09:56
贊賞這篇文章，這種工作態度。收藏這篇文章。
"示波器是虛擬示波器"是哪一種？USB接口專門的？聲卡虛擬的 ...

hantai的一種，300元左右，USB接口，號稱20兆帶寬的雙蹤示波器，基本夠我用，那個什么寶上就有。

ID:401564 · 發表于 2022-6-7 19:18

我一般是先看數據手冊,結合自己設計對時間精度的要求去計算誤差
如果不是有很多多余的時間,是沒有必要去做那么多測試的
RC時鐘在單片機上,二十多年前就開始用了,STC也是這幾年才開始普及的

ID:383215 · 發表于 2022-6-10 13:51

Y_G_G 發表于 2022-6-7 19:18
我一般是先看數據手冊,結合自己設計對時間精度的要求去計算誤差
如果不是有很多多余的時間,是沒有必要去做 ...

可能每個人的習慣不同吧，我覺得所有計算最終還是要通過測試來驗證，那還不如直接通過測試來的快，所以我現在編程的習慣是多測試，少計算。

ID:879348 · 發表于 2022-6-10 14:06

在規格書溫度范圍內串口通信是無壓力的

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ATMEGA8L和STC8H1K08內部RC振蕩器精度測試

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