单片机电子时钟时间误差如何调整最有效?

贸泽电子设计圈 2019-05-16


单片机应用中,常常会遇到这种情况—在用单片机制作电子钟或要求根据时钟启控的控制系统时,会突然发现当初校准了的电子时钟的时间竟然变快或是变慢了。


于是,尝试用各种方法来调整它的走时精度;但是最终的效果还是不尽人意,只好每过一段时间手动调整一次。那么,是否可使时钟走时更精确些呢?现探讨如下:

误差原因分析


1、单片机电子时钟的计时脉冲基准,是由外部晶振的频率经过12分频后提供的,采用内部的定时/计数器来实现计时功能。所以,外接晶振频率的精确度直接影响电子钟计时的准确性。


2、单片机电子时钟利用内部定时/计数器溢出产生中断(12MHz晶振一般为50ms)再乘以相应的倍率,来实现秒、分、时的转换。大家都知道,从定时到计数器产生中断请求到响应中断,需要3~8个机器周期。定时中断子程序中的数据入栈和重装定时/计数器的初值还需要占用数个时钟周期。此外,从中断入口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。例如:




从上述程序可以看出,从中断入口到定时/计数器初值的低8位调入需要占用2+2+2=6个机器周期。所以,在编程时一般会把这6个机器周期加入定时/计数器的初值中。但是,从定时/计数器溢出中断请求到执行中断需要几个机器周期(3~8个机器周期)。就很难确定准确值,正是这一原因导致了电子时钟计时的不准。


解决方法


1、采用高精度晶振方案


虽然采用高精度的晶振可以稍微提高电子钟计时的精确度,但是晶振并不是导致电子钟计时不准的主要因素,而且高精度的晶振价格较高,所以不必采用此方案。


2、动态同步修正方案


从程序入手,采用动态同步修正方法给定时器,计数器赋初值。动态同步修正方法如下:由于定时/计数器溢出后,又会从0开始自动加数,故在给定时/计数器再次赋值前,先将定时/计数器低位(TLO)中的值和初始值相加,然后一并送入定时/计数器中,此时定时/计数器中的值即为动态同步修正后的准确值。具体程序如下:



采用此种方法后,相信制作的电子时钟的精度已有提高了。


3、自动调整方案


采用同步修正方案后,电子时钟的精度虽然提高了很多,但是由于晶振频率的偏差和一些其他未知因素的影响(同一块电路板、同样的程序换了一片单片机后,走时误差不一样,不知是何原因),时间长了仍然会有积累误差。为此,可采用自动调整方案,实际上是一种容错技术。其自动调整原理为:实测出误差Is所需的时间,然后每隔这样一段时间后就对秒进行加“1”或减“1”调整。例如:电子钟每过50小时就慢1秒,其自动调整程序如下:



以下是一个完整实例:



结语


使用此方法调整较费时间,但效果非常好。经实验,一次调整可以将月误差控制在1s左右。如按此方法再次测出误差1s所需的天数并进行二次调整,其精度会更高。


本文转载自:EDN电子技术设计

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