相關(guān)設(shè)備：本應(yīng)用筆記適用于以下設(shè)備：C8051F300,C8051F302

1.簡介

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）用于許多需要跟蹤時(shí)間和日期的應(yīng)用中信息.將專用RTC器件添加到電路板的常見解決方案會(huì)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(shí)現(xiàn)為微控制器也執(zhí)行其他有用的任務(wù).TCXO溫補(bǔ)晶振,溫度補(bǔ)償實(shí)時(shí)時(shí)鐘（TCRTC）參考設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的RTC解決方案,包括所需的所有固件和硬件實(shí)現(xiàn)具有完整時(shí)鐘和日歷功能的RTC以及溫度補(bǔ)償.這個(gè)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(jié)省成本.該設(shè)計(jì)采用Silicon Laboratories C8051F300混合信號(hào)MCU,采用3x3mm 11引腳QFN封裝包.

TC-RTCRD固件實(shí)現(xiàn)以下功能：

實(shí)時(shí)時(shí)鐘,以閏年計(jì)算秒,分鐘,小時(shí),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(dòng)時(shí)間補(bǔ)償

56字節(jié)NVRAM,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)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(hào)

本應(yīng)用筆記介紹了TC-RTC硬件和溫度補(bǔ)償晶體振蕩器參考設(shè)計(jì)程序員指南.

2.硬件概述

TC-RTC參考設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)為評(píng)估板,如圖1所示Silicon Laboratories C8051F300MCU使用連接到定時(shí)器輸入的外部32.768K晶振作為時(shí)鐘源RTC.RTC評(píng)估板提供兩個(gè)接口-UART和SMBus/I2C.

圖1.TC-RTC C8051F300評(píng)估板

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

高速8051內(nèi)核,25MHz貼片晶振,可提供高達(dá)25MIPS的吞吐量

8kB Flash存儲(chǔ)器（系統(tǒng)內(nèi)可編程）和256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM

25MHz內(nèi)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(qiáng)型UART和SMBus串行端口

三個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

使用定時(shí)器和外部時(shí)鐘源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式

本設(shè)計(jì)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(bǔ)晶振的補(bǔ)償溫度變化

本節(jié)介紹TC-RTCRD溫度補(bǔ)償功能背后的操作原理.

3.1、需要賠償

導(dǎo)致石英晶體頻率偏差的主要參數(shù)如下：環(huán)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(huán)境溫度.圖3顯示了一個(gè)圖晶體頻率隨溫度的變化.從拋物線曲線可以看出,RTC會(huì)如果溫度從室溫值（25℃）升高或降低,則會(huì)浪費(fèi)時(shí)間.注意RTC由于最大頻率,溫度變化（即增益時(shí)間）不會(huì)產(chǎn)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(huán)境溫度-25ºC

3.2、計(jì)算時(shí)間補(bǔ)償

TC-RTC參考設(shè)計(jì)固件每分鐘重復(fù)以下步驟一次以計(jì)算和累積失去的時(shí)間.

1.ADC用于測量片內(nèi)溫度傳感器的芯片溫度.“3.3、計(jì)算“環(huán)境溫度”描述了所涉及的計(jì)算.

2.然后使用ADC測量的值計(jì)算以ppm為單位的石英晶體偏差,并將結(jié)果存儲(chǔ)在記憶.這表示需要補(bǔ)償?shù)奈⒚霐?shù).

在24小時(shí)結(jié)束時(shí),總累積誤差被加到RTC時(shí)間以完成補(bǔ)償處理.假設(shè)溫度在一分鐘內(nèi)沒有廣泛變化.

3.3、計(jì)算環(huán)境溫度

片上溫度傳感器產(chǎn)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(guān)系下面：

VTEMP是溫度傳感器電壓輸出（mV）

TEMPC是模具溫度（℃）