单片机定时器中实时时钟的注意事项

实时时钟(RTC)是一种专用于保持一秒钟时基的计时器。此外，实时时钟通常用于跟踪软件或硬件中的时钟时间和日历日期。RTC的许多功能非常专业，是保持高精度和可靠运行所必需的。单片机外有实时通讯设备，可与I2C或SPI总线接口。

一、实时时钟概述

实时时钟的基本功能是产生一秒钟间隔并保持连续计数。如下图所示，时序图描述了实时通信的基本功能。

它还显示程序功能a，该功能读取第二个计数器并安排事件b在接下来的三秒内发生。该操作称为警报。请注意，第二个计数器连续运行，不会停止和启动。RTC有两个主要要求，即准确性和连续操作。下图显示了RTC的常见硬件功能：

RTC通常有自己的内部振荡器和外部晶振，并且可以选择使用外部频率基准。所有时钟源运行在32768赫兹。外部时钟源允许使用非常精确和稳定的器件，如TCXO(温度补偿晶体振荡器)。

多路复用器用于选择时钟源，并将其输入预分频器，预分频器将时钟分为32768(215)，以产生一秒钟的时钟。

基本上，RTC有第二个计数器，通常为32位或更多。一些RTC有专门的计数器来跟踪一天中的时间和日历日期。

没有时间和日期计数器的基本RTCs为此目的使用软件。常见的选择是从输出引脚输出1Hz方波。RTC将有几个可能的事件来产生处理器中断。

RTC通常有一个专用的电源引脚，以便在微控制器的其余部分断电时工作。该电源引脚通常连接到电池或单独的电源。

二是RTC精度和频率补偿

实时时钟的精度取决于32，768，768赫兹的时钟源。在设计良好的晶体振荡器中，误差的主要来源是晶体。外部TCXO可用于高精度定时，或者特殊频率补偿技术可用于更便宜的晶体和内部振荡器。晶体误差的三个主要来源：

1.初始电路和晶体容差。

2.晶体随温度漂移。

3.晶体老化。

下图显示了与RTC精度相关的一些概念：

图上的深蓝色轨迹显示了典型的初始公差及其随温度的变化。粉色轨迹仅显示温度误差。温度补偿的关键是晶体的行为是众所周知的，可以用二次方程来预测。如果初始误差是在电路板制造后测量的，并且温度已知，那么最大的误差源可以得到补偿。

经过仔细的补偿，黄色区域是一个合理的精度目标。记住，1 ppm一年大约需要30秒。晶体老化很难弥补。幸运的是，老化通常每年只有百万分之几。

第三，如何改变即时通讯时间

目前，作为系统的一部分，有两种方法来改变RTC的定时以补偿误差。如前所述，在第二计数器的每个周期中，可以获得预分频器计数的振荡器周期数。

前两秒是通常的32768次循环。该软件使用温度读数和初始误差来确定振荡器运行速度，32768个周期实际上是0.99990秒。为了补偿这个小误差，软件告诉RTC每四秒钟将预分频器的模数改为32781，以增加时间。下图显示了预分频器计数的振荡器周期：

这种技术的优点是从第二秒到第二秒的时间间隔变化很小。然而，这种技术需要一个可调预分频器和其他寄存器，以节省特殊预分频器计数和特殊计数应用之间的时间。

如果实时时钟没有一个特殊的预分频器来调整时序呢？下图显示了另一种没有预分频器的方法：

在这种情况下，盒子里的数字是第二个计数器。显示的计数是100251，然后是100252。该软件一直在连续计算调整和跟踪RTC秒数。当误差累积到精确的一秒钟时，软件将增加或减少一秒钟来调整累积的误差。

这种技术的缺点是调整时从秒到秒有很大的变化。这项技术的优点是与任何实时通信兼容。

第四，实时时钟的安全性

安全性是一个有趣的要求。在某些应用程序中，时间用于向使用服务或消耗资源的客户收费。有广泛的实践系统来防止或检测RTC黑客攻击。技术范围从外壳的入侵检测到单片机的特殊功能。

如果单片机上的实时时钟有特殊的寄存器，它可以允许软件永久锁定密钥寄存器。一旦被锁定，它们就不能被改变，它们可以被防止被黑客攻击或失去控制。应该注意的是，改变时间需要完全重置微控制器。

五.时间和日期

一些RTC有硬件计数器，可以维护一天的时间和日历日期。这需要分钟、小时、天、月和年的计数器，并考虑运行年。时间和日历日期也可以通过软件保存。

一个突出的例子是时间文件中的C标准库中的函数。对于微控制器，系统可以基于实时控制的第二计数器。必须编写四个小的自定义函数来完全支持time.h库。

这里感兴趣的函数是由库中的time()函数调用的，它以秒为单位返回从被称为“纪元”的起始点开始的时间，通常是1970年1月1日。通常，要读取的自定义函数的硬件计时器被称为get_time()或类似的变量。get_time()完成的所有操作都将读取第二个计数器并返回值。库将完成剩下的工作，将这个时间转换成当前日期和以秒为单位的日期。

以上是单片机开发工程师共享的单片机定时器中的实时时钟。