相關設備：本應用筆記適用于以下設備：C8051F300,C8051F302

1.簡介

實時時鐘（RTC）用于許多需要跟蹤時間和日期的應用中信息.將專用RTC器件添加到電路板的常見解決方案會增加BOM成本增加了電路板空間.更好,更具成本效益的替代方案是將RTC功能實現為微控制器也執行其他有用的任務.TCXO溫補晶振,溫度補償實時時鐘（TCRTC）參考設計是一個完整的RTC解決方案,包括所需的所有固件和硬件實現具有完整時鐘和日歷功能的RTC以及溫度補償.這個解決方案與涉及提供類似功能的專用RTC的解決方案相比,可顯著節省成本.該設計采用Silicon Laboratories C8051F300混合信號MCU,采用3x3mm 11引腳QFN封裝包.

TC-RTCRD固件實現以下功能：

實時時鐘,以閏年計算秒,分鐘,小時,日期,星期幾,月份和年份賠償有效期至2099年

溫度引起的晶振晶體頻率變化的自動時間補償

56字節NVRAM,數據存儲在內部閃存中

SMBus/I2C接口或UART接口,具體取決于加載的固件

1.5Hz速率的方波輸出信號

本應用筆記介紹了TC-RTC硬件和溫度補償晶體振蕩器參考設計程序員指南.

2.硬件概述

TC-RTC參考設計硬件實現為評估板,如圖1所示Silicon Laboratories C8051F300MCU使用連接到定時器輸入的外部32.768K晶振作為時鐘源RTC.RTC評估板提供兩個接口-UART和SMBus/I2C.

圖1.TC-RTC C8051F300評估板

美國Silicon Crystal公司的C8051F300MCU是一款小型混合信號MCU,具有豐富的功能集,下面列出了本參考設計中使用的MCU的功能：

高速8051內核,25MHz貼片晶振,可提供高達25MIPS的吞吐量

8kB Flash存儲器（系統內可編程）和256字節內部數據RAM

25MHz內部振蕩器和外部晶振/振蕩器輸入

8位500 ksps ADC

片上溫度傳感器

硬件增強型UART和SMBus串行端口

三個通用16位計數器/定時器

使用定時器和外部時鐘源的實時時鐘模式

本設計中使用的C8051F300MCU的引腳連接如圖2所示.

圖2.TC-RTC C8051F300MCU引腳連接

3.溫補晶振的補償溫度變化

本節介紹TC-RTCRD溫度補償功能背后的操作原理.

3.1、需要賠償

導致石英晶體頻率偏差的主要參數如下：環境溫度、水晶的年齡、電源電壓.

其中,影響石英晶振晶體頻率的主要因素是環境溫度.圖3顯示了一個圖晶體頻率隨溫度的變化.從拋物線曲線可以看出,RTC會如果溫度從室溫值（25℃）升高或降低,則會浪費時間.注意RTC由于最大頻率,溫度變化（即增益時間）不會產生正誤差在室溫下.

圖3.拋物線溫度曲線

最大頻率變化約為-0.04ppm/ºC2.因此,可以表示頻率偏差如下：

△f/△f=0.04ppmx（△T）2

△T=環境溫度-25ºC

3.2、計算時間補償

TC-RTC參考設計固件每分鐘重復以下步驟一次以計算和累積失去的時間.

1.ADC用于測量片內溫度傳感器的芯片溫度.“3.3、計算“環境溫度”描述了所涉及的計算.

2.然后使用ADC測量的值計算以ppm為單位的石英晶體偏差,并將結果存儲在記憶.這表示需要補償的微秒數.

在24小時結束時,總累積誤差被加到RTC時間以完成補償處理.假設溫度在一分鐘內沒有廣泛變化.

3.3、計算環境溫度

片上溫度傳感器產生的電壓輸出與絕對溫度成正比F300模具如圖4所示.顯示了該電壓與芯片溫度之間的典型關系下面：

VTEMP是溫度傳感器電壓輸出（mV）

TEMPC是模具溫度（℃）