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1、(10)申请公布号 CN 103746655 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103746655 A (21)申请号 201310748042.9 (22)申请日 2013.12.31 H03B 5/04(2006.01) (71)申请人 北京机械设备研究所 地址 100854 北京市海淀区北京 142 信箱 208 分箱 (72)发明人 顾林 李建冬 陈治国 聂光玮 (74)专利代理机构 中国航天科工集团公司专利 中心 11024 代理人 岳洁菱 (54) 发明名称 一种单片机内部振荡器频率实时补偿方法 (57) 摘要 本发明公开了一种单片机内部振荡器频率实 时补偿方法，。
2、 解决单片机内部振荡器因外界因素 改变导致频率漂移的问题， 使内部振荡频率精度 达到千分之一。 本方法通过环境可调设备、 可调压 直流电源、 传感器、 A/D 转换模块以及频率实时补 偿模块来实现。通过调整内部振荡器精度校准寄 存器的值补偿振荡器的频率变化， 从而提高了单 片机内部振荡器的定时精度。本方法可以用于强 震动、 高冲击、 高离心力等恶劣环境， 这种环境单 片机不能采用外部振荡器。通过采用本方法大大 提高了单片机的应用范围， 同时可以节约外部振 荡器的成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要。
3、求书1页 说明书3页 (10)申请公布号 CN 103746655 A CN 103746655 A 1/1 页 2 1. 一种单片机内部振荡器频率实时补偿方法， 其特征在于本方法的具体步骤为 ： 第一步 构建单片机内部振荡器频率实时补偿系统 单片机内部振荡器频率实时补偿系统， 包括 ： 环境可调设备、 可调压直流电源、 传感器、 A/D 转换模块以及频率实时补偿模块 ； A/D 转换模块用于将传感器测量的环境参数和电压参数的模拟量转成数字量 ； 频率实时补偿模块用于实时接收 A/D 转换模块传来的数据， 并进行处理， 得出内部振 荡频率的补偿量 ； 最后通过改变内部振荡器精度校准寄存器值实现。
4、补偿 ； 可调压直流电源分别与单片机的 VCC 和 GND 端口连接， 传感器与 A/D 转换模块相连接， A/D 转换模块与单片机 IO 口连接 ； 可调压直流电源、 传感器、 A/D 转换模块和单片机均置于 环境可调设备内 ； 频率实时补偿模块置于单片机内部 ； 单片机内部振荡器频率实时补偿系统首先确定需要进行补偿的 n 个参数， 其中参数 1、 参数 2、 、 参数 n-1 为环境参数， 包括 ： 温度、 湿度和振动 ； 参数 n 为电压参数 ； 第二步 环境可调设备连续改变环境参数 环境可调设备固定参数 2、 参数 3、 、 参数 n 的值， 通过连续改变参数 1 的值， 得到 参数 。
5、1 与振荡频率一一对应的数据 ； 根据相应的曲线选择与曲线相对应的数值拟合方式拟 合出参数 1 与振荡频率之间的函数关系 ； 在参数 1 与振荡频率的函数特性基础上分析参数 2 与振荡频率之间的关系， 同样固定 参数 1、 参数 3、 、 参数 n 的值， 通过连续改变参数 2 得到参数 1、 参数 2 与振荡频率之 间的函数关系 ； 以此类推得出参数 1、 参数 2、 、 参数 n-1 与振荡频率之间的函数关系 ； 第三步 可调压直流电源连续改变输出电压值 可调压直流电源在单片机允许的输入电压范围内连续改变电压值， 得到在环境参数不 变的情况下， 电压参数 n 与振荡频率之间的函数关系 ； 。
6、结合环境参数与振荡频率之间的函 数关系， 得出所有影响单片机内部振荡频率的参数， 即参数 1、 参数 2、 、 参数 n 与振荡 频率之间的函数关系 f1 ； 第四步 传感器测量出单片机实际环境下参数 1 至参数 n 的值 采用相应的传感器测量出单片机实际环境下参数 1 至参数 n 的值， 经过 A/D 转换模块 进行数模转换， 并将数据传给单片机 ； 第五步 频率实时补偿模块实时对单片机内部振荡频率进行补偿 频率实时补偿模块采用实时调整内部振荡器精度校准寄存器值的方式对内部振荡器 频率进行频率补偿 ； 通过参数 1、 参数 2、 、 参数 n 与振荡频率之间的函数关系 f1得出 标准周期与实。
7、际周期之差 A=1/f0-1/ f1； 其中 f0为单片机基准频率 ； 计算出内部振荡器精度校准寄存器的改变值 N=A/， 并取整 ； 为单位内部振荡器精 度校准寄存器值所对应的周期值 ； 利用频率实时补偿模块给内部振荡器精度校准寄存器赋 值， 一个补偿周期结束 ； 至此实现单片机内部振荡器频率实时补偿。 权 利 要 求 书 CN 103746655 A 2 1/3 页 3 一种单片机内部振荡器频率实时补偿方法 技术领域 0001 本发明涉及一种内部振荡器频率补偿方法， 特别是一种单片机内部振荡器频率实 时补偿方法。 背景技术 0002 国内南京理工大学谭菊琴在其硕士论文中分析了用于引信的电子。
8、时控器性能， 认 为内部振荡器的振荡频率随环境条件和输入物理量等外界因素的变化而改变。 由于影响因 素太多， 补偿模型过于复杂， 很难采用软件进行频率补偿。 电子科技大学的魏婧发明了一种 2.4MHz 晶体振荡器的微机温度补偿方法， 这种补偿方法只对因温度引起振荡频率漂移的情 况进行了软件补偿， 忽略了外部输入物理量对振荡频率的影响。 这种补偿方法不够全面， 且 补偿后的振荡频率精度提升不高。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种单片机内部振荡器频率实时补偿方法， 解决环境条件 和输入物理量等外界因素导致单片机内部振荡器振荡精度降低的问题。 0004 一种单片机内部振荡器频率实时补偿方。
9、法的具体步骤如下 ： 第一步 构建单片机内部振荡器频率实时补偿系统 单片机内部振荡器频率实时补偿系统， 包括 ： 环境可调设备、 可调压直流电源、 传感器、 A/D 转换模块以及频率实时补偿模块。 0005 A/D 转换模块用于将传感器测量的环境参数和电压参数的模拟量转成数字量 ； 频率实时补偿模块用于实时接收 A/D 转换模块传来的数据， 并进行处理， 得出内部振 荡频率的补偿量。最后通过改变内部振荡器精度校准寄存器值实现补偿。 0006 可调压直流电源分别与单片机的 VCC 和 GND 端口连接， 传感器与 A/D 转换模块相 连接， A/D转换模块与单片机IO口连接， 可调压直流电源、 。
10、传感器、 A/D转换模块和单片机均 置于环境可调设备内， 频率实时补偿模块置于单片机内部。 0007 单片机内部振荡器频率实时补偿系统首先确定需要进行补偿的 n 个参数， 其中参 数 1、 参数 2、 、 参数 n-1 为环境参数， 包括 ： 温度、 湿度和振动 ； 参数 n 为电压参数。 0008 第二步 环境可调设备连续改变环境参数 环境可调设备固定参数 2、 参数 3、 、 参数 n 的值， 通过连续改变参数 1 的值， 得到 参数 1 与振荡频率一一对应的数据。根据相应的曲线选择与曲线相对应的数值拟合方式拟 合出参数 1 与振荡频率之间的函数关系。 0009 在参数 1 与振荡频率的函。
11、数特性基础上分析参数 2 与振荡频率之间的关系， 同样 固定参数 1、 参数 3、 、 参数 n 的值， 通过连续改变参数 2 得到参数 1、 参数 2 与振荡频 率之间的函数关系。以此类推得出参数 1、 参数 2、 、 参数 n-1 与振荡频率之间的函数 关系。 0010 第三步 可调压直流电源连续改变输出电压值 说 明 书 CN 103746655 A 3 2/3 页 4 可调压直流电源在单片机允许的输入电压范围内连续改变电压值， 得到在环境参数不 变的情况下， 电压参数 n 与振荡频率之间的函数关系。结合环境参数与振荡频率之间的函 数关系， 得出所有影响单片机内部振荡频率的参数， 即参数。
12、 1、 参数 2、 、 参数 n 与振荡 频率之间的函数关系 f1。 0011 第四步 传感器测量出单片机实际环境下参数 1 至参数 n 的值 采用相应的传感器测量出单片机实际环境下参数 1 至参数 n 的值， 经过 A/D 转换模块 进行数模转换， 并将数据传给单片机。 0012 第五步 频率实时补偿模块实时对单片机内部振荡频率进行补偿 频率实时补偿模块采用实时调整内部振荡器精度校准寄存器值的方式对内部振荡器 频率进行频率补偿。通过参数 1、 参数 2、 、 参数 n 与振荡频率之间的函数关系 f1得 出标准周期与实际周期之差 A=1/f0-1/ f1。其中 f0为单片机基准频率。 0013。
13、 计算出内部振荡器精度校准寄存器的改变值 N=A/， 并取整。 为单位内部振荡 器精度校准寄存器值所对应的周期值。 利用频率实时补偿模块给内部振荡器精度校准寄存 器赋值， 一个补偿周期结束。 0014 补偿原理是改变内部振荡器精度校准寄存器值会调整振荡器电路的电容值。 内部 振荡器精度校准寄存器的值加 1， 振荡周期就会减少 。通过调整内部振荡器精度校准寄 存器的值可以补偿振荡器的频率变化， 从而提高了单片机内部振荡器的定时精度。 0015 至此实现单片机内部振荡器频率实时补偿。 0016 本方法能够解决单片机内部振荡器因外界因素改变导致频率漂移的问题， 使内部 振荡频率精度达到千分之一。本方。
14、法可以用于强震动、 高冲击、 高离心力等恶劣环境， 这种 环境单片机不能采用外部振荡器。采用本方法大大提高了单片机的应用范围， 同时可以节 约外部振荡器的成本。 具体实施方式 0017 一种单片机内部振荡器频率实时补偿方法的具体实施方式， 选择单片机的型号为 C8051F310。 0018 第一步 构建单片机内部振荡器频率实时补偿系统 单片机内部振荡器频率实时补偿系统， 包括 ： 环境可调设备、 可调压直流电源、 传感器、 A/D 转换模块以及频率实时补偿模块。 0019 A/D 转换模块用于将传感器测量的环境参数和电压参数的模拟量转成数字量 ； 频率实时补偿模块用于实时接收 A/D 转换模块。
15、传来的数据， 并进行处理， 得出内部振 荡频率的补偿量。最后通过改变内部振荡器精度校准寄存器值实现补偿。 0020 可调压直流电源分别与单片机的 VCC 和 GND 端口连接， 传感器与 A/D 转换模块相 连接， A/D 转换模块与单片机 IO 口连接。可调压直流电源、 传感器、 A/D 转换模块和单片机 均置于环境可调设备内， 频率实时补偿模块置于单片机内部。 0021 环境可调设备采用的是高低温试验箱， 可调压直流电源选择的是直流稳压稳流电 源 WYK-303B2， 传感器采用温度传感器和电压传感器两种， A/D 转换模块为双通道、 12 位精 度。由于温度和电压对内部振荡频率影响最为显。
16、著， 确定对温度参数 1 和电压参数 2 两个 参数进行补偿。 说 明 书 CN 103746655 A 4 3/3 页 5 0022 第二步 环境可调设备连续改变环境参数 在固定电压参数2为3.3V的基础上， 通过高低温试验箱连续改变温度参数1， 得到温度 参数 1 与振荡频率一一对应的数据。根据曲线选择最小二乘法拟合出温度参数 1 与振荡频 率之间的函数关系。 0023 第三步 可调压直流电源连续改变输出电压值 直流稳压稳流电源在 2-5V 范围内连续改变电压参数 2， 在温度参数 1 与振荡频率的函 数特性基础上分析电压参数 2 与振荡频率之间的关系， 同样根据最小二乘法拟合得到温度 参。
17、数 1、 电压参数 2 与振荡频率之间的函数关系 f1。 0024 第四步 传感器测量出单片机实际环境下参数 1、 参数 2 的值 通过温度和电压传感器测量出实时的温度参数 1 和电压参数 2 的值， 经过 AD 转换后将 数据传给单片机。 0025 第五步 频率实时补偿模块实时对单片机内部振荡频率进行补偿 频率实时补偿模块实时调整内部振荡器精度校准寄存器值对内部振荡器频率进行频 率补偿。计算得出标准周期与实际周期之差 A=1/f0-1/ f1。计算出内部振荡器精度校准寄 存器的改变值 N=A/（=31ps） , 并取整。利用程序给内部振荡器精度校准寄存器赋值， 一个补偿周期结束。 0026 至此实现单片机内部振荡器频率实时补偿。 说 明 书 CN 103746655 A 5 。