ATMEGA8L和STC8H1K08内部RC振荡器精度测试

ID:383215 · 发表于 2022-6-6 22:17

看了一个关于单片机内部RC频率校正的帖子，对我做的电路非常担忧，我这个电路既有18B20，又有串口通信，没有外接晶体，万一内部RC振荡器精度不够，就白忙乎了。本想做个简易恒温箱，觉得太麻烦，突然想到，用电吹风加温一样可以测试，正好我的电路上有两个18B20，把两个18B20放在单片机旁边，用电吹风加热，18B20测试到的温度和芯片的温度应该相差不会太大。首先百度了一下波特率如何计算？搜到这样一段话：当波特率为9600bps时，传输一个bit的时间间隔大约为104.16us；波特率为115200bps时，传输一个bit的时间间隔大约为8us。用计数器算了一下，基本上知道如何计算波特率，再用电脑通过串口调试助手发送0x7f。

0x7f的波形原来是这个样子，波特率选9600bps，示波器测量一个bit的宽度是105us和9.549k，经过计算，波特率分别为9523bps和9549bps。

这是0x7f、0x55、0xaa波形，屏幕可以显示18个bit的宽度是1.87ms和534.4Hz，经过计算，波特率分别为9525bps和9616bps，基本接近9600bps，由于我的示波器是虚拟示波器，误差肯定有，但是搞不清是电脑发送的误差还是示波器的误差？又由于示波器测到的波形宽度，Hz的精度高于mS，之后的测量就只记录Hz了。
接下来测试ATMEGA8L在常温26度的波特率，增加一个0x7f的发送，着重测量0x7f的波形，按9bit长度是266.2Hz，经过计算，波特率为2395bps，实际上波特率就是2400bps，我编程序的时候根本没有考虑具体的波特率是多少，只用示波器看波形，用100Hz的过零信号发送，1秒钟发送100个字节，每个字节的宽度占过零脉冲的一半左右就可以了。

我的这个电路是从机的两个18B20测到的温度值用串口发送到主机，主机数码管的3、4和5、6位显示温度，我用电吹风把从机加温到60度以上，我看见温度值显示正常就说明没有问题了，继续测量也就是为了得到一个比较精确的误差值。60度的时候，9个bit0x7f的波形长度是264.1Hz，经过计算，波特率分别为2376bps。进一步计算，26度的常温和60度以上的温度，ATMEGA8L的内部RC振荡器的频率仅仅出现0.788%的误差，连1%的误差都没有达到，据说串口通信最大误差不要超过5%，通常误差在2.5%以内是没有问题的。至于18B20的最大误差，以前就测试过， 18B20写时序为1的时候对精度要求最高，最少延时16μS，最佳延时20μS，最大延时24μS，算下来18B20的最大误差居然达到±16%，更是不用担心。
接下来测试STC8H1K08，26度常温，9个bit0x7f的波形长度是260.5Hz，经过计算，波特率为2344bps。再接下来的测试简直跌破眼镜，0x7f的波形加温到60度以上的值和常温26度的值居然一模一样，都不相信自己的眼睛了，又试了几遍，还是一样，STC单片机的内部RC振荡器会有那么高级？难道有温度补偿？不可能，换一片试试。

由于我自己做的测试板非常方便，左右一交换，重新写一下程序，就是换了一片做测试，26度常温，9个bit0x7f的波形长度是260.3Hz，60度以上高温，9个bit0x7f的波形长度长度是260.7Hz，又测试一片，26度常温，9个bit0x7f的波形长度是260.7Hz，60度以上高温，9个bit0x7f的波形长度是259.8Hz，不用计算波特率了，三片STC8H1K08常温26度和60度以上高温，内部RC振荡器频率的最大误差只有0.34%。继续再测试另外一片ATMEGA8L，算出两片ATMEGA8L常温高温RC振荡器频率最大误差0.86%。
总体而言，无论是ATMEGA8L还是STC8H1K08，内部RC振荡器的精度基本够用，没有特别特殊的要求，不需要外接晶体，ATMEGA8L内部RC振荡器最高频率是8兆，STC8H1K08内部RC振荡器最高频率高达35兆，理论上STC8H1K08内部RC振荡器比ATMEGA8L内部RC振荡器精度高4倍以上。我用ATMEGA8L内部RC振荡器仅仅是1兆，这个速度大概相当于传统89C51单片机外接8兆左右晶体的速度，基本够我用了，STC8H1K08内部RC振荡器我也只用1兆，感觉比ATMEGA8L内部RC振荡器1兆的速度还要快一些，由于有的STC8H1K08内部RC振荡器不能烧写到1兆，只有被迫使用1.2兆。
忍不住测试常温ATMEGA16,5V供电和3.3V供电的内部RC振荡器误差达到了4%，STC8H1K08，5V供电和3.3V供电的内部RC振荡器误差竟然只有0.04%，证明电压的变化造成的RC振荡器误差超过温度，STC的表现比AVR更好一些，看来我准备用STC8H1K08替代ATMEGA8L是比较放心的。虽然我的这个测试精度不是很高，也有一定局限性，但是，基本上还是八九不离十，影响单片机内部RC振荡器的精度也就是电压和温度，只要不是电池供电，电压的影响可以忽略不计，剩下的只有温度了，我这里是南方，一年四季很少有低于零度的情况，我做的这个东西又不太可能到北方去用。我用最低的单片机内部RC振荡器编程，又用较低的波特率通信，是为了降低单片机内部RC振荡器的精度要求，不知道我的测试方法还有这些理念有没有什么错误？欢迎大家批评指正！

ID:390416 · 发表于 2022-6-7 09:23

85度以内，STC精度是0.3% 这个他们是做到了的。

ID:91150 · 发表于 2022-6-7 09:56

赞赏这篇文章，这种工作态度。收藏这篇文章。
"示波器是虚拟示波器"是哪一种？USB接口专门的？声卡虚拟的？

ID:383215 · 发表于 2022-6-7 12:09

人人学会单片机发表于 2022-6-7 09:23
85度以内，STC精度是0.3% 这个他们是做到了的。

可能有的芯片高于这个值，不是所有STC单片机都能达到这个值，这方面STC至少比AVR单片机还要好用一些，AVR单片机可以校正内部RC振荡器，也很准确，只是我做的电路要求不高，无需校正。

ID:383215 · 发表于 2022-6-7 12:11

wjhhhhh 发表于 2022-6-7 09:56
赞赏这篇文章，这种工作态度。收藏这篇文章。
"示波器是虚拟示波器"是哪一种？USB接口专门的？声卡虚拟的 ...

hantai的一种，300元左右，USB接口，号称20兆带宽的双踪示波器，基本够我用，那个什么宝上就有。

ID:401564 · 发表于 2022-6-7 19:18

我一般是先看数据手册,结合自己设计对时间精度的要求去计算误差
如果不是有很多多余的时间,是没有必要去做那么多测试的
RC时钟在单片机上,二十多年前就开始用了,STC也是这几年才开始普及的

ID:383215 · 发表于 2022-6-10 13:51

Y_G_G 发表于 2022-6-7 19:18
我一般是先看数据手册,结合自己设计对时间精度的要求去计算误差
如果不是有很多多余的时间,是没有必要去做 ...

可能每个人的习惯不同吧，我觉得所有计算最终还是要通过测试来验证，那还不如直接通过测试来的快，所以我现在编程的习惯是多测试，少计算。

ID:879348 · 发表于 2022-6-10 14:06

在规格书温度范围内串口通信是无压力的

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ATMEGA8L和STC8H1K08内部RC振荡器精度测试

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