嵌入式设计应用
从表1可以看出,f每增加一个数量级,MAX(|γ|)增加一个数量级,MAX(|Δf|)增加两个数量级。
3 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。
(1)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。
·单时钟源公倍数法
若取fin为这些频点的公倍数,则其中每个频点f对应的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准确度和稳定度。
·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组,分别求出各组对应的公倍数fin1及fin2,若此fin1或fin2有一个大于脉冲发生器输入频率上限时,则重新分组,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路及二选一开关,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,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的MAX(|γ|)及MAX(|Δf|)。
·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(|γ|)=1/(2nmin+1)若能使fin增大,则nmin增大,MAX(|γ|)相应减小,从而提高了输出频率的准确度。
·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,若还需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,则可将MAX(|γ|)缩小M倍。
设有M个时钟源,其频率分别为fin,fin1,…,finM-1,可通过M选一开关,接入其一到脉冲发生器的输入端,经过nmin分频后,正好将(fin/nmin+1,fin/nmin)M等分,即
也即只要finj=fin(1-j/(M(nmin+1)))(j=1,2,…,M-1),就可以将子频段(fin/(nmin+1),fin/nmin)等分为M个子区间。用最小|Δf|原则通过切换进相应的时钟源,f可以用fin/(nmin+1),finM-1/nmin,…,fin1/nmin,fin/nmin来近似。各子区间MAX(|γ|M)=(|γ|)/M。一般地,当n>nmin时,M-1个增加的时钟源finj(j=1,2,…,M-1),经n分频后不一定能将(fin/(n+1),fin/n)作M等分,但能使此子频段分割,且各子区间宽度都小于fin/(M·nmin(nmin+1)),各子区间内的MAX(|γ|)小于MAX(|γ|M)。
4 实验结果
我们对多时钟源等分子频段法进行了实验,可编程定时/计数器用Intel8254-2,取fin=10MHz,fmax=10kHz,M=5,则nmin=1000,用频率计将各振荡器输出频率标定为:fin=10MHz,fin1=9998002.0Hz,fin2=9996004.0Hz,fin3=9994006.0Hz,fin4=9992008.0Hz。再将Intel8254-2置入不同计数值,分别用各时钟源输入时,测出Intel8254-2输出频率,结果见表2。
从表2可以看出,在单一时钟源时,计数器两相邻实际输出频率之差最大为10.0Hz,输出频率准确度为±5.0Hz,而在5时钟源时,计数器两相邻实际输出频率之差最大值为2.0Hz,输出频率准确度为±1.0Hz,输出频率准确度得到提高,为单一时钟源时的5倍。
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