关于STM32中RTC的校准方法

xizi · 发表于 2009-12-31 02:45:57

最近看了一些关于RTC校准的帖子，发现很多人存在疑惑。正好最近我也在STM32中实现了RTC校准。发些心得。这些对老手来说有些罗索，但对新手有益处。

实现RTC 校准的核心之一是库文件Stm321f0x_bkp.c中的void BKP_SetRTCCalibrationValue (uint8_t CalibrationValue) 函数。谈到RTC校准的相关参考文档包括AN2604.pdf，AN2821.pdf和AN2821.zip。这三个文档都可以从STM32官方网站下载。

按照AN2604.pdf描述的原理，RTC 的校准值应在0-127之间。可实现的校准误差对应为0-121ppm。相当于每30天跑快的秒数为0-314s。

这里应注意的一个关键问题是，RTC只能对跑快进行校准，不能对跑慢进行校准。如果手表晶振的标称频率是32768Hz，设其可能的误差范围是±2Hz，则实际频率会在32766Hz-32770Hz之间。如果RTC的内部分频系数设定为32768，则32768Hz是不需要校准的频率，32768Hz-32770Hz是可以校准的频率（最大校准能力大概是32772Hz）。但是32766Hz-32768Hz的跑慢频率段则无法实现校准。为此，在推荐的校准方法中，使用32766代替32768作为分频系数。这样一来，32766Hz是不需要校准的频率，32766Hz-32770Hz是可以校准的频率范围。

剩下的问题是，如何测量误差，并以此得出校准值。一般来说有两种方法，一是测量TamperPin的频率值，然后计算ppm误差；二是实际运行一定的天数，与标准时钟做对比，先得到每30天跑快的秒数，然后计算ppm误差。

AN2604.pdf，AN2821.pdf里都详细描述了第一种方法。AN2821.zip则使用定时器T2对TamperPin的频率值进行自动测量，实现了自动校准。自动校准确实简化了用户操作，但是它要依赖于8MHz主时钟的精度。自动校准不可能达到比8MHz主时钟精度更高的结果。所以给用户留有手动校准界面仍是万全之策。即使有自动校准，也可以手动、自动叠加作用。

另一方面，使用第一种方法进行校准，需要准确测量TamperPin的频率值，比如达到511.xxxHz的精度。普通示波器做不到这一点，一般的频率计也不行，高精度的频率计才可以。只有搞计量的专业人士才会有这种设备。作为搞控制系统的人，搞一个非计量精度的时钟，使用第一种方法还是有困难的。

第一种方法也好，第二种方法也罢，核心都是计算ppm误差。我们先看一下第一种方法是如何计算ppm误差的。由于使用了32766作为分频系数，因此32766Hz是不需要校准的基准频率。不要把32768Hz看得太重，现在它啥也不是，32766Hz可看成新的标称频率。TamperPin的频率应为32766Hz/64=511.968Hz。这也就是文档中计算误差时反复使用的基准频率。按照文档中所举的例子，若实测TamperPin的频率为511.982Hz，则误差为27.35ppm。计算过程为（511.982Hz-511.968Hz）/ 511.968Hz *10^6 = 27.35ppm。文档最后给出最接近的校准值为28。注意这里是最后的校准值28，是由27 ppm查表得到的，而不是有些帖子中误解的将27.35ppm近似成28ppm。

其实ppm误差的计算公式为：ppm误差=偏差/基准值*10的6次方。据此，采用第二种方法时，先得到了每30天跑快的秒数。这跑快的秒数就是偏差，而30天就是基准值。所以ppm误差=每30天跑快的秒数/（30天*24小时*3600秒）*10的6次方。用这个公式可以容易地解释文档AN2604.pdf中提到的“0.65ppm大约是每月误差1.7秒”。因为：1.7/(30*24*3600)*10^6 = 0.65ppm。

计算出了ppm误差，还要解决查表。对文档中给出的表格也不必看重。弄明白这个表格是怎么来的之后，可以使用简单的计算公式代替查表。AN2604.pdf中说，若校准值为1，则RTC 校准时，每2的20次方个时钟周期扣除1个时钟脉冲。这相当于0.954ppm(1/2^20*10^6 = 0.954)。而校准值最大为127，所以最大可以减慢121ppm(0.954ppm*127 = 121)。所以这个校准表就是由简单的乘除运算得来的，当然要使用浮点运算才可以得到准确结果。

以下是采用第二种方法实现的RTC 校准程序。
首先定义了两个常数，一是PPM_PER_STEP，准确到浮点数可表示的精度数0.9536743ppm。另一个是PPM_PER_SEC，即每30天快一秒对应的ppm误差，准确到浮点数可表示的精度数0. 3858025ppm。

#define PPM_PER_STEP  0.9536743 //10^6/2^20.
#define PPM_PER_SEC 0.3858025 //10^6/(30d*24h*3600s).

然后定义全局变量FastSecPer30days。通过用户菜单设定并传递到RTC校准程序里。

u16 FastSecPer30days = 117; //菜单输入。117只用于演示。

实现的校准函数为：

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

  Deviation = FastSecPer30days * PPM_PER_SEC; //得到ppm误差
  Deviation /= PPM_PER_STEP; //得到校准值的浮点数
  CalibStep = (u8)Deviation; // 得到校准值的整形数
  if(Deviation >= (CalibStep + 0.5))
CalibStep += 1; //四舍五入
  if(CalibStep > 127)
CalibStep = 127; // 校准值应在0—127之间

  BKP_SetRTCCalibrationValue(CalibStep); //调用库函数

}
//函数结束RTC_Calibration

pulan · 发表于 2009-12-31 06:47:11

支持一把

icer1 · 发表于 2009-12-31 08:00:29

好，谢谢，mark & 保存

cat_li · 发表于 2009-12-31 08:47:38

好贴,多谢楼主分享

flyxiao · 发表于 2009-12-31 09:14:37

好贴

bluelool · 发表于 2009-12-31 09:14:44

mark

wangjiecdma · 发表于 2009-12-31 09:46:43

Mark ，好贴

__STM32__ · 发表于 2009-12-31 11:03:02

嗯，总结的不错，建议给条裤子。

icer1 · 发表于 2009-12-31 12:09:50

申请加酷啊，这么好的总结，而且是原创

wisebaby · 发表于 2009-12-31 14:51:56

有时间的时候试一下。

对楼主表示由衷的感谢。

denike · 发表于 2009-12-31 15:27:41

楼主的精神值得佩服

xizi · 发表于 2010-1-1 01:27:17

多谢各位鼓励。

videre · 发表于 2010-1-1 10:12:19

这个牛，收藏了

langley · 发表于 2010-3-26 11:56:21

wjc1956 · 发表于 2010-3-26 12:55:22

mark

TANK99 · 发表于 2010-9-24 21:15:12

MARK

first_blood · 发表于 2010-9-24 22:24:55

感谢楼主的分析，直接采用了

lv998127 · 发表于 2010-9-24 23:58:35

mark!

XA144F · 发表于 2010-10-1 10:05:40

不错，了解了，回去试试。

xiaoha5815 · 发表于 2010-10-8 16:58:16

MARK一下明天看！

zhuhanliang · 发表于 2010-10-8 18:03:15

mark

krdzw · 发表于 2010-10-8 21:03:12

mark

albert_lu · 发表于 2010-10-9 07:43:59

mark

fanwt · 发表于 2010-10-9 07:57:48

mark

guo69 · 发表于 2010-10-9 08:24:37

mark ,

qiujianben · 发表于 2010-10-12 13:40:50

支持了

mynice · 发表于 2010-12-2 14:09:48

回复【楼主位】xizi
这里应注意的一个关键问题是，RTC只能对跑快进行校准，
-----------------------------------------------------------------------

我现在用内部的32KHz的时钟,结果真的跑慢了,看来不可校准了,还有没有其他办法可以让跑慢的时钟跑快一点呢?

sunnyqdl · 发表于 2010-12-2 20:09:43

标记一下!~~~~

haigerl · 发表于 2010-12-2 20:48:00

mark

rwen2012 · 发表于 2010-12-2 22:20:39

回复【22楼】albert_lu
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xieshang · 发表于 2010-12-3 15:59:13

MARK,学习了

lo-lo25 · 发表于 2010-12-3 16:08:27

挺实用的，支持原创。

vincent101 · 发表于 2010-12-18 11:13:48

非常好，顶上去。

denglu · 发表于 2010-12-21 20:34:58

mark

xizi · 发表于 2011-1-2 10:44:09

回复【26楼】mynice
回复【楼主位】xizi
这里应注意的一个关键问题是，rtc只能对跑快进行校准，
-----------------------------------------------------------------------
我现在用内部的32khz的时钟,结果真的跑慢了,看来不可校准了,还有没有其他办法可以让跑慢的时钟跑快一点呢?
-----------------------------------------------------------------------

"rtc只能对跑快进行校准"这一原则无法改变，但我们总是可以做到让跑慢的时钟跑快。你发现跑慢时所用分频系数应是32768，当你改为32766分频系数时，它就会跑得比原来快一些。如果仍然比标准时钟慢，那就再减小分频系数，总可以使之跑（得比标准）快，这样就可以进行校准了。当然如果分频系数弄得太小，使之跑（得比标准）快太多，可能会超过rtc的校准能力（127），也无法实现校准。

pujing · 发表于 2011-1-2 11:32:15

支持原创

scsdwxj2005 · 发表于 2011-1-3 22:57:43

mark

wuguoyan · 发表于 2011-1-22 16:48:55

回复【楼主位】xizi
-----------------------------------------------------------------------
支持。。顶

whyjld · 发表于 2011-1-22 19:20:42

学习

fy024 · 发表于 2011-1-22 20:53:29

写的非常好

scsdwxj2005 · 发表于 2011-2-10 09:33:31

谢谢分享

467513422 · 发表于 2011-3-9 11:25:07

mark

kevin_ares · 发表于 2011-7-3 10:24:48

好东西 ,必mark

hitlfba11 · 发表于 2011-8-29 20:08:51

正需要这个

phidiawang · 发表于 2011-8-30 15:16:08

正好学到这一块

abnerle · 发表于 2011-10-9 10:55:23

学习一下

lcyc51 · 发表于 2011-11-8 14:35:42

学习

lwslws201 · 发表于 2011-12-2 23:19:13

不错呀！学习啦！

fgcx · 发表于 2011-12-2 23:42:03

感谢，这个内容不错的。

whhityang · 发表于 2012-3-8 09:03:26

学习了，有待使用

zhangdawei · 发表于 2012-3-8 09:21:53

mark

zhiyuan1106 · 发表于 2012-3-8 09:48:58

说点我的见解：真要做高精度的时钟，要根据温度进行补偿的。光补偿某一温度的频率没用的。做电表的都知道DS3231和RX8025T，因为温补很重要。也有用rx8025（不带T）来做的，但是会用ntc+ad来采集温度，进行补偿。

另外可以看下晶振厂家的手册，关于温漂的描述。

lovelywwei · 发表于 2012-3-8 10:24:36

MARK

anvy178 · 发表于 2012-3-8 11:28:42

跑得不准了再让用户自己重新设一次不就得了，一般应用。

乱世奸雄 · 发表于 2012-4-4 14:38:29

RTC 校准记号

micheal147 · 发表于 2012-10-25 12:55:43

mark

Halley · 发表于 2012-11-2 16:33:40

总结的非常好！正用到！表示感谢！

wzr200408 · 发表于 2012-11-2 17:48:38

很好记录一下

chenfzg · 发表于 2012-11-4 01:03:10

不错啊，谢谢了

hncjs · 发表于 2012-11-4 10:35:06

好呀

电子蔡鸟 · 发表于 2013-3-20 22:14:15

不错………………

luweixuan · 发表于 2013-3-20 23:11:07

mynice 发表于 2010-12-2 14:09 回复【楼主位】xizi 这里应注意的一个关键问题是，RTC只能对跑快进行校准， ---------------------------- ...

修改分频，就可以使时钟加快。

xhdzwzj · 发表于 2013-5-14 11:47:08

学习啦,mark

stewen · 发表于 2013-5-17 21:25:52

谢谢楼主分享。
学习了。

micheal147 · 发表于 2013-5-17 22:34:17

mark

技术宅 · 发表于 2013-5-17 22:46:23

mark 技术贴

jack_1860 · 发表于 2013-6-8 11:23:43

学习了！

bailao99 · 发表于 2013-6-9 13:46:15

谢谢楼主分享

hexiaolong2009 · 发表于 2013-6-9 23:19:43

暂时做个记号

wangyuezhuiyi · 发表于 2013-8-27 18:47:23

MARK 以后再仔细研究目前用DS1307

janeanndavid · 发表于 2013-8-27 18:53:23

mark

fcmer · 发表于 2013-9-12 17:09:43

这个比较需要。。。。

sddzycnq · 发表于 2013-11-29 15:23:21

目前32.768 5p的电容也会跑快。四天跑快二十几秒。

zhaoqingtao008 · 发表于 2013-12-10 10:58:23

非常感谢，最近使用到了

kang732816702 · 发表于 2013-12-15 21:59:07

MARK 虽然帖子很老了但是很有用

chenjklnm · 发表于 2014-1-6 14:55:02

mark刚好能用上

hhww8280 · 发表于 2014-11-27 13:37:03

RTC不准，正在想办法。

小溪 · 发表于 2015-1-3 04:27:02

介绍非常详细，包括计算方法，好帖。

1125526801 · 发表于 2015-3-10 10:13:46

谢谢楼主，试试看

hanweng2012 · 发表于 2015-8-12 15:47:44

修改i分频比，让慢的时钟跑快，然后再来校准快的时钟；太有想法了

yick · 发表于 2015-8-13 00:21:40

这可是个好东西啊

chenmios · 发表于 2017-12-1 10:42:41

mark，正在测试，效果理想的话，再回来评论

熵之矢 · 发表于 2019-1-18 10:19:12

MARk
一下，测试了测试了，之前我这边的32 误差能达到一天快6.5s左右，进行测试之后误差能到达一天正负1.2-2.5s的误差，这个还是在校准时间简单估算的一个情况下（一块板子进行误差估算，然后就以这块板子的误差为公共误差进行估算....主要是自己懒..）进行的修正，虽然不精度不高但是已经能达到项目的需求了

foxpro2005 · 发表于 2019-9-14 15:06:59

感谢分享，由于项目也是使用的自带的RTC，参考一下校准方法

关于STM32中RTC的校准方法

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