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0.前言

1.STM32U5 系統時鐘

2.內部 RC 振蕩器校準

3.內部 LSI 振蕩器測量

4.X-CUBE-RC-CALIB 演示

5.結論

STM32U5 系列微控制器內嵌兩個可選為系統時鐘源的內部 RC 振蕩器。它們是 HSI16（高速內部）和 MSI（多速內部）振蕩器，其可驅動兩個獨立的輸出：MSIS（用于系統時鐘）和 MSIK（用于某些外設作為內核時鐘）。HSI16 振蕩器的典型頻率為 16MHz。MSI 振蕩器為多速低功耗時鐘源。STM32U5 系列微控制器（稱為 STM32U5 器件）具有三個輔助內部時鐘源：

? LSI：32kHz（內部低速）

? HSI48：48MHz（內部高速），可直接用于 USB、RNG（真隨機數發生器）和 SDMMC（SD/SDIO MMC 卡主機接口）。

? SHSI：48MHz（+抖動）內部安全 RC 振蕩器，專用于為 SAES 外設提供時鐘。

工作溫度對 RC 振蕩器的精度有影響。在 30°C 時，HSI16 精度為±0.5%，MSI 精度為±0.6%，HSI48 精度為±4%。但在–40°C 至125°C 的溫度范圍內，精度會降低。為補償溫度對內部 RC 振蕩器精度的影響，STM32U5 器件內置一些功能用于校準 HSI16、MSI 和 HSI48 振蕩器及測量 LSI 振蕩器頻率。

當系統中有 32.768kHz 的 LSE（低速外部）時鐘源可用時，MSI 振蕩器的頻率可通過硬件自動微調，從而達到優于±0.25%的精度。這種使用 LSE 進行的自動硬件校準被稱為 PLL（鎖相環）模式。

本應用筆記尚未對 PLL 模式進行介紹，僅側重于用戶微調。本文檔還詳細介紹了如何校準 HSI16、MSI 和 HSI48 內部 RC 振蕩器，方法如下：

? 基于找到具有最小誤差的頻率的方法

? 基于找到最大允許頻率誤差的方法

? 制定一個預先測量值的表然后在其中搜索相應變化的方法LSI 振蕩器的測量是通過將振蕩器連接到定時器輸入捕獲來實現的。

本應用筆記隨附的 X-CUBE-RC-CALIB 擴展包包含執行這些內部振蕩器校準的源代碼，以及運行示例所需的所有嵌入式軟件模塊。

STM32U5 器件具有下列時鐘源可用于驅動系統時鐘：

? HSI16：16 MHz 高速內部 RC 振蕩器時鐘

? HSE：4 至 50 MHz 高速外部振蕩器時鐘。

? MSI（MSIS）：100 kHz 到 48 MHz 多速內部 RC 振蕩器時鐘

? PLL：1 MHz 到 160 MHz 鎖相環（PLL），由 HSI16、MSI 或 HSE 振蕩器提供時鐘HSI16 振蕩器的典型頻率為 16 MHz，功耗為 150 μA。

MSI RC 振蕩器基于四個內部 RC 振蕩器：MSIRC0 = 48 MHz、MSIRC1 = 4 MHz、MSIRC2 = 3.072 MHz、MSIRC4 = 400 kHz。每個 MSIRCx 振蕩器具有四個分頻器：/1、/2、/3 和/4。MSI 共提供了 16 個頻率范圍，可選擇用于兩種輸出：MSIS（用于系統時鐘）和 MSIK（用于外設內核時鐘）。

MSI 的設計為工作電流與頻率成正比（請參考產品手冊以獲得 MSI 功耗與所選頻率范圍之間關系的更詳細信息），當 CPU 在低頻運行時，可最小化內部振蕩器功耗。在從復位重啟或待機、關斷低功耗模式喚醒后，MSIS 時鐘被用作系統時鐘。從停機模式喚醒后，可選擇 MSI 時鐘而不是 HSI16 作為系統時鐘。

HSI48 時鐘信號由內部 48 MHz RC 振蕩器生成，可直接用于 USB、RNG 和 SDMMC。內部 RC 振蕩器（HSI16、MSI 和 HSI48）提供了一個低成本時鐘源（無需外部元件）。它們還具有比外部振蕩器更快的啟動時間和更低的功耗。可校準 HSI16、MSI 和 HSI48 振蕩器以提高其精度。但即使校準后，內部 RC 振蕩器頻率精度也不如外部晶振或陶瓷諧振器的頻率精度（幾十 ppm）高。

注：若外部振蕩器發生故障，則 MSI 內部 RC 振蕩器還可作為備份時鐘源（輔助時鐘）使用。

STM32U5 器件還嵌入了以下次級時鐘源（不能用作系統時鐘）：

? LSI：32kHz 低速內部 RC，可在停機和待機模式下保持運行用于 IDWG（獨立看門狗）、RTC 和 LCD。LSI振蕩器無法校準，但可通過測量來評估任何頻率偏差（由于溫度和電壓變化）。

? LSE 晶振：32.768 kHz 低速外部晶振 RC，可選地驅動 RTC（實時時鐘）

? HSI48：48 MHz 高速內部 RC，設計用于通過特制 CRS（時鐘恢復系統）電路為 USB 外設提供高精度時鐘。它還可驅動 RNG 和 SDMMC。

? MSIK：多速內部 RC 振蕩器時鐘，用于外設內核時鐘（源自 MSIRCx 振蕩器）

? SHSI：48 MHz 內部 RC 振蕩器，專為 SAES 外設提供時鐘

由于生產過程的不同，每個器件的內部 RC 振蕩器的頻率都可能不同。因此，MSI 和 HSI16 RC 振蕩器由意法半導體在 TA = 30 °C 時進行工廠校準。

復位后，工廠校準值自動加載到內部校準位中。可微調內部 RC 振蕩器的頻率，以在更寬的溫度和供電范圍內達到更好的精度。這就是微調位的作用。對于 HSI16 振蕩器，復位后校準值加載于 HSICAL[11:0]中。

使用五個微調位 HSITRIM[4:0]進行微調。默認微調值為 16。增加/降低此微調值會增加/降低 HSI16 頻率。HSI16 振蕩器微調步長為 0.18%（約 29 kHz），具體如下：

? 將微調值寫為 17 至 31 會增加 HSI16 頻率。

? 將微調值寫為 0 至 15 會降低 HSI16 頻率。

? 將微調值寫為 16，HSI16 頻率會保持為默認值。下圖顯示了隨校準值變化的 HSI16 振蕩器行為。HSI16 振蕩器頻率隨校準值增加（校準值 = 默認的 HSICAL[11:0]+ HSITRIM[4:0]）。

對于 MSIRCx 振蕩器（x = 0..3），復位后校準值加載于 MSICALx[4:0]位中。五個微調位 MSITRIM[4:0]使微調范圍更寬。校準基于將默MSICALx[4:0]（復位值）加上 MSITRIMx[4:0]。

結果存儲在 MSICALx[4:0] = 默認 MSICALx[4:0] + MSITRIMx[4:0]中。

示例

假設默認的 MSI 校準值 MSICALx[4:0]為 0x10：

1.將0x010x0F和之間的值寫入 MSITRIM[4:0]，會使校準值 MSICALx[4:0]處于 MSICALx[4:0] = 0x10 + 0x01= 0x11 到 MSICALx[4:0] = 0x10 + 0x0F = 0x1F 的范圍內。這些結果大于 0x10（默認的 MSICALx[4:0]值），因此 MSIRCx 頻率增加 1 步（0x11 - 0x10）至 15 步（0x1F - 0x10）。

2. 將 0x11 和 0x1F 之間的值寫入 MSITRIM[4:0]，會使校準值 MSICALx[4:0]處于 MSICALx[4:0] = 0x10 + 0x11 =0x01 到 MSICALx[4:0] = 0x10 + 0x1F = 0x0F 的范圍內。這些結果小于 0x10（默認的 MSICALx[4:0]值），因此 MSIRCx 頻率降低 1 步（0x01）至 15 步（0x0F）。

3. 在 MSITRIM[4:0]中寫入默認校準值 0x10 會導致校準值 MSICALx[4:0]等于MSICALx[4:0] = 0x10 + 0x10 = 0x00，因此 MSIRCx 頻率會降低 16 步（最低頻率）。

下圖顯示了 MSIRCx 相比于 MSICALx[4:0]在 4MHz 時的行為。

對于 HSI48 振蕩器，復位后校準值加載于 HSI48CAL[8:0]中。使用六個微調位 TRIM[6:0]（在 CRS_CR 寄存器中）進行微調。默認微調值為 64。增加/降低此微調值會增加/降低 HSI48 頻率。

HSI48 振蕩器微調步長為 0.12%（約 57 kHz），具體如下：

? 將微調值寫為 65 至 127 會增加 HSI48 頻率。

? 將微調值寫為 0 至 63 會降低 HSI48 頻率。

? 將微調值寫為 64，HSI48 頻率會保持為默認值。

下圖顯示了隨校準值變化的 HSI48 振蕩器行為。HSI48 振蕩器頻率隨校準值增加（校準值 = 默認的 HSI48CAL[8:0]+ TRIM[6:0]）。