日差1秒之內的單片機時間鐘方案

ID:123289 · 發表于 2021-3-31 10:25

理論上只要是用晶振作為時基的單片機時間鐘，在常溫下做到日差1秒之內，甚至更精準是應該極易達成的。
只是許多人并不知道如何達成這個目標的方案。
而且市面很多帶單片機的產品中，時間都做不準，這絕對是設計問題。例如：我的車子上的時鐘日差有10秒多。
一般大多數人所設計的定時器時常是根據晶振標出的數據（如12M）計算而成的，固定不變，設計呆板。但普通晶振的實際振蕩頻率是不可能與標出的數據完全相同的，例如：12.00043M，11.99985……，這個誤差必然積累，所以時鐘就不準了。另外也絕大多數設計沒有考慮微調方案，對于日差幾秒無法控制。
日差1秒要求的精準是：1秒/(24小時*60分*60秒),對應12M晶振，當頻率是12.000014M或11.999986M，日差就有1.2秒，可見用普通晶振做的時間鐘，會因精度不夠，如果不采取修正措施，時鐘日差10多秒是很普遍的。
在我設計的有單片機時間產品中，隨機取10個，同時上電，3天后再看時鐘，它們之間的最大時間誤差，一般都不會超出1秒（普通晶振，不聯網）。許多產品月差在1秒之內。
如何做到的呢：
1、將時間的定時中斷時常數做成可修正的，且加入微調常數，定時時常數與微調時常數在FLASH中取得。微調時常數用于修正時常數的小數點之后的部分。
2、程序可以對某端口輸入的秒脈沖再進行計算，并據之修正定時器的時常數，以及微調常數，并存入FLASH中。達成利用外部精準脈沖源對時鐘進行校準的目的，說白了，就是用外校消除普通晶振的個體差異。同時程序也可以輸出自己的秒脈沖，這樣就可以達成產品之間的互校。
3、選擇一個產品，對其時鐘進行精確校準（這需要外部精準的時鐘源。如果手中沒有，可以多花點時間，用手機、電視、廣播上的報時進行校準），這樣就可以將它做成一個自己的【標準秒脈沖時鐘源】。
4、產品出貨前，用自己的【標準秒脈沖時鐘源】校一下（將輸出的標準秒脈沖送入其它產品的校準端口，讓其它產品自動完成定時器時常數及微調常數的修正。）
如此處理，時間鐘的精度就取決于晶振的穩定度，而不是精度。而晶振的穩定度普遍可以達到PPM級，當環境溫度變化不大時，極易保證<11.57PPM，這就達成了日差小于1秒的目的。
產品相關時間基準的程序：（只提方案，不提程序代碼。）
1、將端口輸入的秒脈沖與本體的晶振頻率進行比對，計算出定時器的時常數與微調時常數。（只做一次即可，計算結果保存到FLASH了，其最初值是按晶振的標稱值計算確定的）
2、時間微調補償
3、秒脈沖輸出（用于互校，可以放棄不寫）
要點：定時器的時常數不是程序直接賦值，而是從FLASH中調取的。

ID:22266 · 發表于 2021-4-1 03:30

我以前也是自制過好幾個時鐘,一開始是用定時器的特別不精確一天差了數分鐘,程序怎么補償效果都不佳,我一直以為是電容或者晶振的溫飄導致的,而溫度補償的話太過麻煩,后來就放棄研究了改用了DS3231,過了準了很多,不過還是太理想一天誤差也有小幾秒,不知道是芯片來路不正還是什么原因,反正幾塊錢的那種.后來偶得一片被弄掉了一個角的殘缺ds12c887,于是到論壇里面找程序,這貨居然是好的,盡管外表破舊不堪,神奇的這個有瑕疵的ds12c887居然非常精確連續幾天都不差一秒.
看了樓主的文章,突然茅塞頓開,有時間也去測試下,畢竟你這個方法是最省的.

ID:433029 · 發表于 2021-4-1 07:51

以前用內部RTC做了一個時鐘，校正了，拿回老家就不準了，老家溫度很低0度左右，后面改用GPS定時校正。

ID:824490 · 發表于 2021-4-1 09:18

高穩時鐘，溫補晶體了解一下，并不是很貴，
此款為溫補貼片晶振 TCXO 3.2x2.5mm 4腳 DSB321SDN 1XTW24000MDA 24.0000MHZ 1.8V-3.3V 供電寬溫 -40-85 ℃ 高穩定性高精度 +-0.5ppm 是您通訊設計移動設備藍牙 GPS 等接收信號的好選擇。KDS 進口品牌 DSB321SDN 正弦波輸出振幅 0.8VPP-1.0VPP

ID:746422 · 發表于 2021-4-1 15:45

日差1秒，這個誤差已經是很恐怖的了，一個月就30秒，2個月1分鐘，半年3分鐘，一年6分鐘。

ID:155507 · 發表于 2021-4-1 18:12

影響晶振精準度的各種因素
晶振的精度是采購選購晶振時候最重要的一個參數，單位是PPM，精度不僅決定了晶振的價格，也決定了是否符合你產品的技術參數，一般常用的精度值為20PPM。那么，哪些因素會影響晶振精度頻率誤差?松季電子具體介紹如下。
　　盡管一個石英晶體振蕩器的頻率精度是±20ppm，但可能會因為電壓變動有±1ppm的影響，焊接溫度有±5ppm的影響，機械震動與沖擊有±3ppm的影響，溫度范圍可能有±5-20ppm的影響等等。這些都是十分常見的影響精度的因素，必須考慮進去，但石英晶體振蕩器廠商卻只告訴客戶產品的精度是±20ppm，事實上，實際應用環境中精度可能只能達到50ppm。因此，客戶需要50ppm精度的時候，選擇了20ppm的石英晶體振蕩器是正確的。
　　晶振的精度對于產品的選型是至關重要的，找準你要的精度，松季電子提醒各位采購商選型的時候盡量和供應商提出你們做什么產品的，這樣供應商可方便的為您找出適合您產品的精度。

ID:47286 · 發表于 2021-4-1 20:21

直接上GPS信號讀吧反正哪天要是沒GPS信號肯定是出大事了咱這小百姓也沒工夫弄片子得先忙活活著吧

不過樓主這技術顯然是很牛的佩服

ID:517951 · 發表于 2021-4-4 08:15

DS12887基本可以達到這一要求，我做了5個單片機時鐘都是這個IC，精度還不錯。

ID:469589 · 發表于 2021-4-4 13:25

不錯的思路，如果再加點溫度補償，就很容易作成“高精度”時鐘源了，例如高速采集的時標、校時等用途。

ID:469589 · 發表于 2021-4-4 13:27

很好的思路，如果再加上點溫度補償，就可以很輕松成為“時鐘標準”了，
可以廣泛用到高速采集時標或同步控制等方面。

ID:746422 · 發表于 2021-4-4 19:52

rayin 發表于 2021-4-4 08:15
DS12887基本可以達到這一要求，我做了5個單片機時鐘都是這個IC，精度還不錯。

似乎這個芯片很貴，用DS3231它不香嗎？

ID:420836 · 發表于 2021-4-5 04:06

要制作準確的實時時鐘，不僅需要精確的實時時鐘芯片（例如DS3231），還需要具有溫度補償功能的精確晶體。 +/- 20ppm的晶體每小時可能漂移高達72mS，或者每天漂移1.7秒。如果系統具有通過Internet或GPS進行自動時間調整的功能，則可能會獲得優于每天1秒的精度。

ID:883242 · 發表于 2021-4-5 14:13

用JJY60或者BPC68.5自動校準好了。GPS室內無信號，室外天線又怕被雷劈。

ID:3212 · 發表于 2021-4-5 15:39

rayin 發表于 2021-4-4 08:15
DS12887基本可以達到這一要求，我做了5個單片機時鐘都是這個IC，精度還不錯。

887的精度是不錯！就是體積太大了……

ID:3212 · 發表于 2021-4-5 15:44

一生最愛發表于 2021-4-4 19:52
似乎這個芯片很貴，用DS3231它不香嗎？

是的！887精度可以，就是太貴了，還是并行接口，耗費I/O口，都不如3231，RX8025

ID:344848 · 發表于 2024-4-25 18:10

時鐘芯片DS12C887可以解決上述問題

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