利用DS1340的校准功能

摘要：DS1340串行接口实时时钟(RTC)提供软件时钟校准功能，为系统提供晶振与温度变化补偿。本应用笔记主要描述了如何利用这个功能改善计时精度。

寄存器映射

DS1340的控制寄存器(地址07h)用来控制FT/OUT引脚的工作，并对所希望的时钟校准进行编程。下面给出了详细的DS1340寄存器映射表。

表1. 寄存器映射表

Address	Bit 7	Bit 6	Bit 5	Bit 4	Bit 3	Bit 2	Bit 1	Bit 0	Function	Range
00H	active-low EOSC	10 Seconds			Seconds				Seconds	00-59
01H	R/W	10 Minutes			Minutes				Minutes	00-59
02H	CEB	CB	10 Hours		Hours				Century/ Hours	0-1; 00-23
03H	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	Day			Day	01-07
04H	R/W	R/W	10 Date		Date				Date	00-31
05H	R/W	R/W	R/W	10 Month	Month				Month	01-12
06H	10 Year				Year				Year	00-99
07H	OUT	FT	S	CAL4	CAL3	CAL2	CAL1	CAL0	Control
08H	TCS3	TCS2	TCS1	TCS0	DS1	DS0	ROUT1	ROUT0	Trickle Charger
09H	OSF	0	0	0	0	0	0	0	Flag

输出控制(OUT)：当FT位设置为零时该位用于控制FT/OUT引脚的输出电平。FT = 0时，如果OUT = 1，FT/OUT引脚的逻辑电平为1；如果OUT = 0，FT/OUT引脚的逻辑电平为0。

频率测试(FT)：该位为1时，FT/OUT引脚以512Hz的频率翻转；FT为零时，OUT位控制FT/OUT引脚的状态。

校准符号位(S)：该位是逻辑1时，表明对RTC进行正校准；逻辑0表明对时钟进行负校准。关于这些控制位的详细介绍可参考晶振校准部分。

校准位(CAL4至CAL0)：这些位设置为0到31二进制格式的任意值。关于这些控制位的详细介绍可参考晶振校准部分。

典型晶振特性

晶体振荡器是提供固定频率输出最精确的电路之一。RTC的精度主要取决于晶振精度。调谐音叉晶振频率随温度的变曲线呈抛物线形，如图1所示。


图1. 标准音叉晶体特性

晶振校准

校准电路的目的是在选定的温度下，通过调整该曲线的位置，以达到零ppm精度的量级。这是通过增加或减少振荡器分频链的计数值实现的。屏蔽(负校准中减去)或插入(正校准中加上)脉冲的数量由5位值来设置，该值是载入在控制寄存器的校准位里(CAL4:CAL0)。增加数量会加快时钟(曲线上移)，减少数量会减慢时钟(曲线下移)。下图给出了正、负校准时的时钟调整图。



利用0到31的二进制格式，可以将校准位设置为任意值。控制寄存器(S)的位5是符号位。S位的值是1表示正校准，而值是0表示负校准。每125,829,120实际32,768Hz振荡器周期(64分钟)中，每个校准步幅增加512、或减少256个振荡器周期。这相当于每个校准步幅的调整为+4.068ppm或-2.034ppm。如果振荡器正好在32,768Hz下工作，每增加31个校准位会表现出每月+10.7或-5.35秒(每月+5.5或-2.75分钟)。表2给出了校准寄存器中每个值的调整情况。

表2. 校准调整值

Sign	Calibration	Adjustment		Sign	Calibration	Adjustment
		Accuracy (ppm)	Time (sec/month)			Accuracy (ppm)	Time (sec/month)
0	00000	0	0	1	00000	0	0
0	00001	-2	-5	1	00001	4	11
0	00010	-4	-11	1	00010	8	21
0	00011	-6	-16	1	00011	12	32
0	00100	-8	-21	1	00100	16	43
0	00101	-10	-27	1	00101	20	54
0	00110	-12	-32	1	00110	24	64
0	00111	-14	-37	1	00111	28	75
0	01000	-16	-43	1	01000	33	86
0	01001	-18	-48	1	01001	37	96
0	01010	-20	-54	1	01010	41	107
0	01011	-22	-59	1	01011	45	118
0	01100	-24	-64	1	01100	49	128
0	01101	-26	-70	1	01101	53	139
0	01110	-28	-75	1	01110	57	150
0	01111	-31	-80	1	01111	61	161
0	10000	-33	-86	1	10000	65	171
0	10001	-35	-91	1	10001	69	182
0	10010	-37	-96	1	10010	73	193
0	10011	-39	-102	1	10011	77	203
0	10100	-41	-107	1	10100	81	214
0	10101	-43	-112	1	10101	85	225
0	10110	-45	-118	1	10110	89	235
0	10111	-47	-123	1	10111	94	246
0	11000	-49	-128	1	11000	98	257
0	11001	-51	-134	1	11001	102	268
0	11010	-53	-139	1	11010	106	278
0	11011	-55	-144	1	11011	110	289
0	11100	-57	-150	1	11100	114	300
0	11101	-59	-155	1	11101	118	310
0	11110	-61	-161	1	11110	122	321
0	11111	-63	-166	1	11111	126	332

决定时钟误差

在设置校准值前，必须先决定需要校准的数量。当设置控制寄存器的FT位(位6)时，FT/OUT引脚(引脚7)会产生未校准的512Hz时钟。该频率决定了晶振振荡器的频率误差。

例如，如果使用FT，读数512.01024Hz表示振荡器的频率误差为+20ppm，需要在S位与校准位载入-10 (00 1010)值。向控制寄存器写入数据会清空预定标器，并即刻产生512Hz输出频率(FT/OUT引脚频率降低)。设置或改变校准位不会对FT/OUT输出引脚的频率产生影响。