關(guān)于STM32中RTC的校準(zhǔn)方法

實(shí)現(xiàn)RTC 校準(zhǔn)的核心之一是庫文件Stm321f0x_bkp.c中的void BKP_SetRTCCalibrationValue (uint8_t CalibrationValue) 函數(shù)。談到RTC校準(zhǔn)的相關(guān)參考文檔包括AN2604.pdf，AN2821.pdf和AN2821.zip。這三個(gè)文檔都可以從STM32官方網(wǎng)站下載。

按照AN2604.pdf描述的原理，RTC 的校準(zhǔn)值應(yīng)在0-127之間?？蓪?shí)現(xiàn)的校準(zhǔn)誤差對應(yīng)為0-121ppm。相當(dāng)于每30天跑快的秒數(shù)為0-314s。

這里應(yīng)注意的一個(gè)關(guān)鍵問題是，RTC只能對跑快進(jìn)行校準(zhǔn)，不能對跑慢進(jìn)行校準(zhǔn)。如果手表晶振的標(biāo)稱頻率是32768Hz，設(shè)其可能的誤差范圍是±2Hz，則實(shí)際頻率會在32766Hz-32770Hz之間。如果RTC的內(nèi)部分頻系數(shù)設(shè)定為32768，則32768Hz是不需要校準(zhǔn)的頻率，32768Hz-32770Hz是可以校準(zhǔn)的頻率（最大校準(zhǔn)能力大概是32772Hz）。但是32766Hz-32768Hz的跑慢頻率段則無法實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。為此，在推薦的校準(zhǔn)方法中，使用32766代替32768作為分頻系數(shù)。這樣一來，32766Hz是不需要校準(zhǔn)的頻率，32766Hz-32770Hz是可以校準(zhǔn)的頻率范圍。

剩下的問題是，如何測量誤差，并以此得出校準(zhǔn)值。一般來說有兩種方法，一是測量TamperPin的頻率值，然后計(jì)算ppm誤差；二是實(shí)際運(yùn)行一定的天數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘做對比，先得到每30天跑快的秒數(shù)，然后計(jì)算ppm誤差。

AN2604.pdf，AN2821.pdf里都詳細(xì)描述了第一種方法。AN2821.zip則使用定時(shí)器T2對TamperPin的頻率值進(jìn)行自動測量，實(shí)現(xiàn)了自動校準(zhǔn)。自動校準(zhǔn)確實(shí)簡化了用戶操作，但是它要依賴于8MHz主時(shí)鐘的精度。自動校準(zhǔn)不可能達(dá)到比8MHz主時(shí)鐘精度更高的結(jié)果。所以給用戶留有手動校準(zhǔn)界面仍是萬全之策。即使有自動校準(zhǔn)，也可以手動、自動疊加作用。

另一方面，使用第一種方法進(jìn)行校準(zhǔn)，需要準(zhǔn)確測量TamperPin的頻率值，比如達(dá)到511.xxxHz的精度。普通示波器做不到這一點(diǎn)，一般的頻率計(jì)也不行，高精度的頻率計(jì)才可以。只有搞計(jì)量的專業(yè)人士才會有這種設(shè)備。作為搞控制系統(tǒng)的人，搞一個(gè)非計(jì)量精度的時(shí)鐘，使用第一種方法還是有困難的。

第一種方法也好，第二種方法也罷，核心都是計(jì)算ppm誤差。我們先看一下第一種方法是如何計(jì)算ppm誤差的。由于使用了32766作為分頻系數(shù)，因此32766Hz是不需要校準(zhǔn)的基準(zhǔn)頻率。不要把32768Hz看得太重，現(xiàn)在它啥也不是，32766Hz可看成新的標(biāo)稱頻率。TamperPin的頻率應(yīng)為32766Hz/64=511.968Hz。這也就是文檔中計(jì)算誤差時(shí)反復(fù)使用的基準(zhǔn)頻率。按照文檔中所舉的例子，若實(shí)測TamperPin的頻率為511.982Hz，則誤差為27.35ppm。計(jì)算過程為（511.982Hz-511.968Hz）/ 511.968Hz *10^6 = 27.35ppm。文檔最后給出最接近的校準(zhǔn)值為28。注意這里是最后的校準(zhǔn)值28，是由27 ppm查表得到的，而不是有些帖子中誤解的將27.35ppm近似成28ppm。

其實(shí)ppm誤差的計(jì)算公式為：ppm誤差=偏差/基準(zhǔn)值*10的6次方。據(jù)此，采用第二種方法時(shí)，先得到了每30天跑快的秒數(shù)。這跑快的秒數(shù)就是偏差，而30天就是基準(zhǔn)值。所以ppm誤差=每30天跑快的秒數(shù)/（30天*24小時(shí)*3600秒）*10的6次方。用這個(gè)公式可以容易地解釋文檔AN2604.pdf中提到的“0.65ppm大約是每月誤差1.7秒”。因?yàn)椋?.7/(30*24*3600)*10^6 = 0.65ppm。

計(jì)算出了ppm誤差，還要解決查表。對文檔中給出的表格也不必看重。弄明白這個(gè)表格是怎么來的之后，可以使用簡單的計(jì)算公式代替查表。AN2604.pdf中說，若校準(zhǔn)值為1，則RTC 校準(zhǔn)時(shí)，每2的20次方個(gè)時(shí)鐘周期扣除1個(gè)時(shí)鐘脈沖。這相當(dāng)于0.954ppm(1/2^20*10^6 = 0.954)。而校準(zhǔn)值最大為127，所以最大可以減慢121ppm(0.954ppm*127 = 121)。所以這個(gè)校準(zhǔn)表就是由簡單的乘除運(yùn)算得來的，當(dāng)然要使用浮點(diǎn)運(yùn)算才可以得到準(zhǔn)確結(jié)果。

以下是采用第二種方法實(shí)現(xiàn)的RTC 校準(zhǔn)程序。
首先定義了兩個(gè)常數(shù)，一是PPM_PER_STEP，準(zhǔn)確到浮點(diǎn)數(shù)可表示的精度數(shù)0.9536743ppm。另一個(gè)是PPM_PER_SEC，即每30天快一秒對應(yīng)的ppm誤差，準(zhǔn)確到浮點(diǎn)數(shù)可表示的精度數(shù)0. 3858025ppm。

#define PPM_PER_STEP0.9536743 //10^6/2^20.
#define PPM_PER_SEC 0.3858025 //10^6/(30d*24h*3600s).

然后定義全局變量FastSecPer30days。通過用戶菜單設(shè)定并傳遞到RTC校準(zhǔn)程序里。

u16 FastSecPer30days = 117; //菜單輸入。117只用于演示。

實(shí)現(xiàn)的校準(zhǔn)函數(shù)為：

void RTC_Calibration(void)
{
float Deviation = 0.0;
u8 CalibStep = 0;

Deviation = FastSecPer30days * PPM_PER_SEC; //得到ppm誤差
Deviation /= PPM_PER_STEP; //得到校準(zhǔn)值的浮點(diǎn)數(shù)
CalibStep = (u8)Deviation; // 得到校準(zhǔn)值的整形數(shù)
if(Deviation >= (CalibStep + 0.5))
CalibStep += 1; //四舍五入
if(CalibStep > 127)
CalibStep = 127; // 校準(zhǔn)值應(yīng)在0—127之間

BKP_SetRTCCalibrationValue(CalibStep); //調(diào)用庫函數(shù)

}
//函數(shù)結(jié)束RTC_Calibration