可编程定时-计数器提高输出频率准确度方法

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1、可编程定时/计数器提高输出频率准确度方法

2、第1摘要：用可编程定时/计数器作脉冲发生器时，输出脉冲频率等于输入时钟频率除以计数值，但其数值是离散的，期望输出频率只能用这些离散频率点来近似，频率准确度随输出频率升高而下降。提高输入时钟频率，增加输入时钟源数能提高脉冲发生器输出频率准确度。关键词：计数器脉冲发生器频率准确度将单片机内置或专用可编程定时/计数器作脉冲发生器，一般输入脉冲由晶振产生经过整形或分频后形成，有很高的频率准确度和稳定度。设输入脉冲频率为fin，期望输出脉冲频率为f，应置入脉冲发生器的计数值N=fin/f。当f为fin的约数，则N为整数，f与fin的准确度相同

3、；当f不为fin的约数，则N也不为整数，N=n+δ，其中n为N的整数部分，δ为N的纯小数部分。由于计数值只能为整数，实际计数值Np只能取N的近似数n或n+1,竞争输出脉冲频率fp=fin/Np。因Np的近似，fp与f间必然存在误差，且此误差分量较之因fin准确度和稳定度有限引起的误差分量可能大得多。f的准确度主要受Np的近似影响。本文在不计由fin准确度和稳定度影响的条件下，分析由Np引起f误差的特点，探讨消除或减小因Np引起f误差的方法，从而提高f的准确度。500)this.style.ouseg(this)">1单时钟源时，因Np近似影响输出频率准确度分析当脉冲发生器输

4、入脉冲为fin时，若最大计数值为nmax，则Np取值可能为1，2，…，nmax，有nmax种可能，相应fp被离散为fin，fin/2，…，fin/nmax，也有nmax种取值的可能。令fin/(nmax+1)=0，这些离散频率将0～fin频段分成nmax个子频段，对于任一f∈（0,fin），总对应一n,使f∈(fin/n+1),fin/n）。Np取n或n+1,近似N，实际上是用fin/n或fin/(n+1)来近似f。当f为fin的约数时，Np=N，fp=f，绝对误差Δf=fp-f=0，相对误差r=Δf/f=0；当f不为fin的约数时，Δf≠0,r≠0。Δf和r的值与Np的取

5、值方案有关，有以下三种情况：①Np=n时，fp=fin/n>f,Δf>0,r>0，Δf随f的增大而减小。F趋近于fin/（n+1）时，Δf和r趋于极大值；Δf趋近于fin/n-fin/(n+1)=fin/[n(n+1)]时，r趋近于1/n。采用此方案时，f越接近于fin/(n+1)，f的准确性越差，如图1口Δf(f)曲线。②Np=n+1时，fp=fin/(n+1)2提高输出频率准确度的方法在给定可编程定时/计时器条件下，针对Np引起输出频率误差的特点，可以采取不同方法消除或减小输出频率误差，从而提高输出频率的准确度。（2）脉冲发生器仅需有限个确定频点输出时

6、的情况脉冲发生器仅需有限个确定频点输出时，以下两种方法可以消除因计数值近似引起的输出频率误差。①单时钟公倍数法。若取fin为这些频点的公倍数，则其中每个频点f对尖的N都为整数，从而消除了因计数值近似引起的输出频率误差。采用此法须注意，一是fin不得超出脉冲发生器的允许输出频率上限；二是确定已知频点的有效位数时，要考虑到晶振的准确度和稳定度。②多时钟源公倍数法。采用单时钟公倍数法确定的fin超出脉冲发生器输入频率上限时，可以采用二时钟源或多时钟源公倍数法。二时钟源公倍数法的具体做法是，将各输出频点分成两级，分别求出各组对应的公倍数fin1及fin2，若此fin1或fin2有一

7、个大于脉冲发生器输入频率上限时，则重新分且，直到两组的公倍数fin1及fin2都达到输入频率上限要求。电路上设置相应的两振荡电压及二选一开关，根据输出频率而将对应的fin1或fin2切换到脉冲发生器的输入端。若分成两组后，无论怎样调整分组都不能使fin1及fin2同时满足输入频率上限要求，则可采用多时钟源公倍数法。考虑到增加时钟源数后，给软硬件带来的复杂性，在满足输入频率上限要求的前提下，时钟源数应尽量少。（2）已知输出频率上限，不能确定具体期望输出频率时的情况已知输出频率上限，不能确定具期望输出频率时，尽量提高fin或增加时钟源数，缩小近似子频段宽度，减小子频段内可能出现

8、的max(

9、r

10、)及max（

11、Δf

12、）。①提高时钟源fin法。若要求输出频率上限为fmax，则对应Nmin=fin/fmax=nmin+δ。输出频段可能出现的max(

13、r

14、)=1/(2nmin+1)若能使fin增大，则nmin增大，max（

15、r

16、）相应减小，从而提高了输出频率的准确度。②多时钟源等分子频段法。提高时钟源fin，受脉冲发生器允许输入上限频率的制约，若还要提高输出频率准确度，可以增加时钟源数，将[fin/(nmin+1),fin/nmin]子频段作M等分，则可钭max（

17、r

18、）缩小M倍。设有M个时钟源，