STC8A,STC8G,STC8H系列的IRC內部振盪源頻率調節

從STC10/STC11系列開始出現內置RC震盪源(內置時脈, 宏晶稱之為IRC). 最初的三代STC10/STC11/STC12, 在手冊上的介紹都是"由於使用內部時鍾源誤差較大, ... 有串行通信的情況下不建議使用內部R/C時鍾源". 到STC15這一代之后, 精度提升明顯, 開始出現了默認不使用外置晶振的MCU型號. 從STC8開始對IRC進行了更多的改進, 從STC8A/8F的一個頻段, 到STC8G/STC8H的兩個頻段, 到STC8A8K64D4的4個頻段, 從CODE預置, 到XDATA只讀預置, 可用性也在不斷提升.

這里說一下STC8系列的IRC設置.

STC8A/STC8F的內部時鍾機制

只有一個IRC頻段, 頻率范圍在16-27MHz, 通過兩個寄存器調節內部時脈RTRIM, LIRTIM, 通過 CLKDIV 分頻后作為系統時鍾SYSCLK

細節

• STC-ISP寫入時對時鍾校准, 除了會改IRTRIM的預設值, 還可能會修改CLKDIV(時鍾分頻系數)的預設值
• STC-ISP中預設的頻率, 18MHz-27MHz是不進行分頻的(CLKDIV為0), 再往下更小的頻率就會開始改CLKDIV了
• 代碼中使用預設值對IRTRIM賦值, 加上設置CLKDIV=0, 可以將時鍾切換到這兩個頻率
  • 因為環境和老化等因素, 出廠時標定的值產生的頻率會產生漂移, 如果重新標定可能會在這個值的±2附近, 預設值用作於UART之類的通信是足夠了
• 芯片上內置出廠時標定的22.1184MHz和24MHz頻率對應的IRTRIM值, 可以從FLASH和RAM中讀取, 但是這僅限於使用STC-ISP燒錄並且勾選了對應選項的情況
• FLASH部分的預設值: 22.1184MHz和24MHz地址分別是0xFDF4和0xFDF3, 這些地址位於code, 通過*(char code *)0xfdf3這樣的形式訪問
  • 在STC-ISP每次寫入時(注意, 是每次), 必須勾選"在程序區結束處添加重要測試參數"才會往這部分地址寫入, 否則這部分地址的值全為0xFF
• RAM部分的預設值: 22.1184MHz和24MHz地址分別是0xFA和0xFB, 這些地址位於idata, 通過*(unsigned char idata *)0xFB這樣的形式訪問
  • 這兩個值與其它因素無關, 上電即可讀取, 相對於FLASH這個預設值更加可靠, 但是僅限於通過STC-ISP刷寫的程序, 通過stcgal寫入的程序, 這兩個地址的數值為0

Linux環境下對IRTRIM, LIRTIM的標定

如果在Linux下開發, 不能使用STC-ISP, 則上述的方式都無效, 要通過輔助手段標定

• 方式一: 通過程序給ITRIM和L遍歷整個[0,255]區間確定中心點得到粗略的IRTRIM值
• 方式二: 上設備, 示波器或者邏輯分析儀都行

實現思路

• 預設系統時鍾為22.1184MHz, UART波特率為115200
• 代碼中根據上面的條件, 初始化串口和定時器
• 按IRTRIM從[0, 255], LIRTIM從[0,3]循環, UART輸出一個固定的字符串
• 當系統實際時鍾接近 22.1184MHz時, 接收端才能看到正確的字符, 其它時候看到的都是亂碼
  • 取接收正常的部分的中心點, 用作22.1184MHz的IRTRIM和LIRTRIM值
• 如果用示波器或者邏輯分析儀, 可以做時鍾10分頻或20分頻的輸出, 在過程中觀察波形寬度, 記下輸出最接近的寬度時的IRTRIM和LIRTRIM.

STC8G 時鍾

STC8G的內置振盪源頻段有兩個: 20MHz和33MHz, 可以從20MHz覆蓋到36.864MHz,

因為存在多個頻段, 多了兩個寄存器用於頻段的切換

• IRCBAND: 用於選擇頻段
• VRTRIM: 用於設置對應頻段的電壓

在設置頻率時, 會涉及到這4個寄存器 IRCBAND, VRTRIM, IRTRIM, LIRTRIM, 都會對頻率有影響, 調節程度從左到右遞減

一個例子

ADDR: 0x1FE9
       VER1     VER2
VRTRIM 35M      40M:      20
VRTRIM 20M      24M:      1F
ITRIM  ---      48M:      FF
ITRIM  ---      44.2368M: D0
ITRIM 36.864M   40M:      A3
ITRIM 35M       36.864M:  88
ITRIM 33.1776M  35M:      6F
ITRIM 30M       33.1776M: 43
ITRIM 27M       30M:      1A
ITRIM 20M       27M:      63
ITRIM 24M       24M:      BA
ITRIM 22.1184M  22.1184M: 90
32kHz PD FreQ:            8DCC
1.19Vref:                 04A9

MCUID: F7 A4 C4 0D 11 E0 EE 
Current VRTRIM:20, IRTRIM:A3, LIRTRIM:03

STC8H 時鍾

STC8H要區分兩個不同的系列

STC8H1K

內置振盪源頻段有兩個, 20MHz和35MHz, STC-ISP預設的數值, 右邊一列是芯片實測數據

ADDR: 0x1FE9
       VER1     VER2
VRTRIM 35M      40M:      1F
VRTRIM 20M      24M:      1E
ITRIM  ---      48M:      FF
ITRIM  ---      44.2368M: E4
ITRIM 36.864M   40M:      B5
ITRIM 35M       36.864M:  9A
ITRIM 33.1776M  35M:      7E
ITRIM 30M       33.1776M: 51
ITRIM 27M       30M:      26
ITRIM 20M       27M:      73
ITRIM 24M       24M:      D0
ITRIM 22.1184M  22.1184M: A4
32kHz PD FreQ:            8A48
1.19Vref:                 04AA

MCUID: F7 34 C5 68 00 11 22 
Current VRTRIM:1F, IRTRIM:B7, LIRTRIM:03

STC8H3K

這里是和手冊不一致的地方, 對於STC8H3K32S2, F/W version: 7.4.1U, 實際上有4個頻段, 也就是IRCBAND取值從 0x00 - 0x03, 24MHz和40MHz這兩個屬於0x02和0x03, 預設的寄存器要提前兩個字節, 從0x7FE7開始讀, 這樣才是正確的, 研究這個問題耽誤了半天時間. 手冊不一致, 真是坑爹.

ADDR: 0x7FE7
       VER1     VER2
VRTRIM          40M:      19
VRTRIM          24M:      1C
VRTRIM 35M      ??M:      20
VRTRIM 20M      ??M:      1E
ITRIM  ---      45M:      7C
ITRIM  ---      40M:      47
ITRIM 36.864M:            2D
ITRIM 35M:                12
ITRIM 33.1776M:           FF
ITRIM 30M:                D2
ITRIM 27M:                98
ITRIM 20M:                1A
ITRIM 24M:                64
ITRIM 22.1184M:           41
32kHz PD FreQ:            8D04
1.19Vref:                 04A3

MCUID: F7 4A C5 26 03 11 22 
Current IRCBAND:03, VRTRIM:19, IRTRIM:2D, LIRTRIM:00

在設置時, 如果選擇了高頻段(35MHz或40MHz), ITRIM不能設置得太高, 如果設置得太高(超過0xE0), 會導致芯片無法啟動

STC8A8K64D4 時鍾

內置RC振盪的頻段增加到了4個: 6M, 10M, 27M, 44M,

STC8A8K64D4是個比較特殊的型號, 你可以看成和STC8H8K功能一樣, 只是引腳布局做成了和STC8A8K兼容的布局. 可以看成是為了讓之前使用STC8A8K的客戶能不改PCB升級的一個STC8H版本.

使用方式和4個IRC頻段的STC8H一致, 也是通過IRCBAND, VRTRIM, IRTRIM, LIRTRIM這4個寄存器調節頻率.

總結

記錄一下避免其他人踩坑

同系列之間可能是跨系列產品

• STC8H1K和STC8H3K
• STC8A8K64S4和STC8A8K64D4

獲取各頻段預設值

對於在Linux下開發的, 建議還是要在Windows下通過STC-ISP燒錄一次, 這樣是最方便快捷的方式得到芯片的預設標定值.

調節CLKDIV需要一個較長的穩定期

如果在程序開始時調節了 CLKDIV, 至少需要等待 0x2FFFF 個時鍾周期后再進行其它操作, 否則極容易導致后續的UART和Timer設置出現莫名其妙的錯誤, 這是今天排查了一整天才填的坑.

設置的代碼

/**
 * STC8H Clock: 
 *  MCKSEL                     ||===> MCLKODIV ==> MCLKO_S => P1.6/P5.4
 *  00 Internal IRC    |       ||
 *  01 External OSC    |==> CLKDIV ==> SYSCLK
 *  10 External 32KHz  |
 *  11 Internal 32KHz  |
*/

#define SYS_SetFOSC(__IRCBAND__, __VRTRIM__, __IRTRIM__, __LIRTRIM__)  do {      \
                                     IRCBAND = ((__IRCBAND__) & 0x03);           \
                                     VRTRIM = (__VRTRIM__);                      \
                                     IRTRIM = (__IRTRIM__);                      \
                                     LIRTRIM = ((__LIRTRIM__) & 0x03);           \
                                 } while(0)

/**
 * Change system clock
 * - invoke this in the beginning of code
 * - don't invoke this if the target frequency is already set by STC-ISP
*/
void SYS_SetClock(void)
{
    uint16_t i = 0; uint8_t j = 5;
    P_SW2 = 0x80;
    if (CLKDIV != (__CONF_CLKDIV))
    {
        CLKDIV = (__CONF_CLKDIV);
        do { // Wait a while after clock changed, or it may block the main process
            while (--i);
        } while (--j);
    }
    P_SW2 = 0x00;
    clkdiv = (__CONF_CLKDIV == 0)? 1 : __CONF_CLKDIV;
    SYS_SetFOSC(__CONF_IRCBAND, __CONF_VRTRIM, __CONF_IRTRIM, __CONF_LIRTRIM);
    while (--i); // Wait
}

讀取各預設值的代碼

INTERRUPT(tm0isr, 1)
{
    uint8_t i, j;
    counter++;
    if (counter == 1000)
    {
        i = 0;
        counter = 0;
        UTIL_PrintString("ADDR: 0x");
        UTIL_PrintHex(__CID_ADDR >> 8);
        UTIL_PrintHex(__CID_ADDR & 0xFF);
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("       VER1     VER2\r\n");
        UTIL_PrintString("VRTRIM          40M:      ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("VRTRIM          24M:      ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("VRTRIM 35M      ??M:      ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("VRTRIM 20M      ??M:      ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM  ---      45M:      ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM  ---      40M:      ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 36.864M:            ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 35M:                ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 33.1776M:           ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 30M:                ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 27M:                ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 20M:                ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 24M:                ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("ITRIM 22.1184M:           ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("32kHz PD FreQ:            ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("1.19Vref:                 ");
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintHex(readCode(i++));
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("MCUID: ");
        for (j = 0; j < 7; j++)
        {
            UTIL_PrintHex(readCode(i+j));
            UTIL_PrintChar(' ');
        }
        UTIL_PrintString("\r\n");
        UTIL_PrintString("Current IRCBAND:");
        UTIL_PrintHex(IRCBAND);
        UTIL_PrintString(", VRTRIM:");
        UTIL_PrintHex(VRTRIM);
        UTIL_PrintString(", IRTRIM:");
        UTIL_PrintHex(IRTRIM);
        UTIL_PrintString(", LIRTRIM:");
        UTIL_PrintHex(LIRTRIM);
        UTIL_PrintString("\r\n\r\n");
    }
}