ZLG嵌入式筆記(連載07) | RTC時(shí)鐘偶發(fā)性延時(shí)或超時(shí)該怎么辦？

導(dǎo)讀

嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，RTC 時(shí)鐘受多種因素干擾致延時(shí)或超時(shí)，影響系統(tǒng)時(shí)間同步與功能穩(wěn)定。本文將提出從硬件適配到軟件算法優(yōu)化的綜合性方案，以解決此問(wèn)題，保障 RTC 時(shí)鐘的精確性與可靠性。

引起延時(shí)和超時(shí)的主要原因是計(jì)時(shí)系統(tǒng)使用的基準(zhǔn)頻率32.768Khz精度不夠。MCU片內(nèi)自帶的RTC功能電路由于受到芯片集成工藝的影響一般計(jì)量精度都比較差而且功耗也比較大，一般在對(duì)時(shí)鐘精度要求比較高的情況下建議直接使用外部RTC專用時(shí)鐘芯片，比如PCF8563/PCF85063，下表列出了不同RTC芯片的時(shí)鐘精度。

圖1 不同RTC芯片的時(shí)鐘精度在選擇高精度的RTC時(shí)鐘芯片后，還需注意32.768Khz晶振的匹配電容選型是否符合晶振設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求。

圖2 晶振的匹配電容負(fù)載電容CL 的計(jì)算公式：

其中：CL1、CL2 ：晶振匹配電容；Cstray：電路板雜散電容

圖3 晶體的連接方式及器件參數(shù)代入數(shù)值：CL =?[?(15*15)/(15+15)?]+5=12.5pF以上是通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化來(lái)提高時(shí)鐘精度，但由于生產(chǎn)工藝、芯片差異等其它不可控因素的存在，實(shí)際的時(shí)鐘精度會(huì)存在一定偏差，在時(shí)鐘頻偏穩(wěn)定的情況下還可以通過(guò)軟件方式進(jìn)一步對(duì)時(shí)鐘精度進(jìn)行補(bǔ)償，即通過(guò)設(shè)置RTC內(nèi)部的補(bǔ)償寄存器來(lái)補(bǔ)償時(shí)間。補(bǔ)償寄存器的基本原理是通過(guò)增加或者減少時(shí)鐘的修正脈沖來(lái)補(bǔ)償時(shí)間而不是改變晶振的頻率，如圖4所示，補(bǔ)償寄存器的bit7設(shè)置補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?，bit[6:0]設(shè)置補(bǔ)償?shù)闹怠?/p>

圖4 補(bǔ)償寄存器描述

1. 補(bǔ)償值計(jì)算方法一計(jì)算流程如圖5所示。

圖5 補(bǔ)償值計(jì)算方法一

先用頻率計(jì)或者高精度的示波器測(cè)量PCF8563芯片pin7腳CLKOUT的頻率Fmeas（軟件要先設(shè)置pin7輸出才可測(cè)到波形）；轉(zhuǎn)化成時(shí)間tmeas；計(jì)算和理想時(shí)鐘32.768KHz周期的偏差Dmeas；根據(jù)測(cè)量值計(jì)算ppm的偏移量；根據(jù)設(shè)置模式計(jì)算補(bǔ)償寄存器的值，如圖中32768.48Hz計(jì)算得到的ppm偏移量是14.648ppm，如果是模式0，則算出來(lái)的補(bǔ)償值為3.375，四舍五入取值3。

根據(jù)補(bǔ)償計(jì)算方式的算式整合簡(jiǎn)化，若測(cè)得實(shí)際頻率F實(shí)測(cè)值，ppm的偏移量Eppm可以用以下公式快速計(jì)算：

如上補(bǔ)償校準(zhǔn)計(jì)算框架圖32768.48Hz算出來(lái)的值也是14.648。由此可見(jiàn)，若F實(shí)測(cè)值≥32768Hz，則算出的補(bǔ)償值≥0；若F實(shí)測(cè)值<32768Hz，則算出的補(bǔ)償值<0。

2. 補(bǔ)償值計(jì)算方法二

圖6 補(bǔ)償值計(jì)算方法二如圖6所示，±20ppm的晶振頻率每1 ppm的偏差會(huì)導(dǎo)致每天偏差0.0864 s。在沒(méi)有測(cè)試條件測(cè)頻率的情況下，可以先測(cè)試24h下的時(shí)間偏差，時(shí)間走的快補(bǔ)償正值，時(shí)間走的慢補(bǔ)償負(fù)值，比如某個(gè)RTC 24小時(shí)下測(cè)得比北京時(shí)間快7s，那么先算出ppm的偏移量Eppm = 7/0.0864 = 81.0185 ppm，然后算出模式0下補(bǔ)償寄存器的值為81.0185/4.34 = 18.67，取值19；算出模式1下補(bǔ)償寄存器的值為81.0185/4.069 = 19.9119.91，取值20。

再比如某個(gè)RTC 24小時(shí)下測(cè)得比北京時(shí)間慢7s，那么先算出ppm的偏移量Eppm = 7/0.0864 = 81.0185 ppm，然后算出模式0下補(bǔ)償寄存器的值為81.0185/4.34 = 18.67，取值-19；算出模式1下補(bǔ)償寄存器的值為81.0185/4.069 = 19.91，取值-20。

注意：0.0864 s的計(jì)算方式為：ppm的單位是百萬(wàn)分之一，20ppm一天的偏差描述為（24小時(shí)*60分*60秒*20）/106 = 1.728s，所以1ppm一天的偏差時(shí)間為1.728s/20?=?0.0864 s。其他精度的晶振也可以用此類方式推算。

如果產(chǎn)品對(duì)RTC精度要求較高，使用常規(guī)RTC通過(guò)以上校準(zhǔn)/補(bǔ)償仍達(dá)不到產(chǎn)品要求，就需要考慮選用高精度的RTC芯片，如RX8025T。

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