CN113346881A - 数字时钟校准方法、无线遥控器及存储介质 - Google Patents

数字时钟校准方法、无线遥控器及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字时钟校准方法、无线遥控器及存储介质，应用于嵌入式单片机系统，嵌入式单片机系统设置有低速振荡器OSC1、高速振荡器OSC3、RTC定时器和计数器T16，数字时钟校准方法包括：当RTC定时器发生中断时，启动计数器T16；确定计数器T16在RTC定时器的一个第一中断周期内的第一计数值；根据第一计数值和标定的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型；根据第二计数值、计数误差值和时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准。本发明的数字时钟校准方法无需外部高速陶瓷振荡器或外部低速晶体振荡器即可实现数字时钟的校准，成本更低性能稳定，且无需外围的谐振振荡电路，可以节省外围电子元器件，有利于批量生产。

Description

数字时钟校准方法、无线遥控器及存储介质
技术领域
本发明涉及遥控器技术领域，特别涉及一种数字时钟校准方法、无线遥控器及存储介质。
背景技术
目前，无线遥控器的低功耗方案主要依靠嵌入式系统的主时钟振荡器和副时钟振荡器之间的相互切换、分时处理和协调工作。而现有的无线遥控器的振荡器类型主要分为两种：第一种是外部主时钟采用高速陶瓷振荡器，外部副时钟采用晶体振荡器；第二种是内部主时钟采用高速RC振荡器，外部副时钟采用晶体振荡器。其中，第一种类型的时钟精度依赖于晶体振荡器(外部副时钟)的精度，但是晶体振荡器的制作工艺及其结构都会对时钟精度和时钟寿命造成影响，而且高速陶瓷振荡器存在容易老化、环境温度偏差大等不足，对低功耗无线遥控器的工作稳定性和时钟精度都会造成影响；第二种类型的副时钟晶体振荡器需要反馈电阻、限流电阻、负载电容组和反向放大器等电子元器件组成外围的谐振振荡电路，电子元器件较多，导致生产成本高，不适合批量生产。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种数字时钟校准方法、无线遥控器及存储介质，能够进行时钟校准，且性能稳定以及节省外围电子元器件。
第一方面，根据本发明实施例的数字时钟校准方法，应用于嵌入式单片机系统，所述嵌入式单片机系统设置有低速振荡器OSC1、高速振荡器OSC3、RTC定时器和计数器T16，所述低速振荡器OSC1为所述RTC定时器提供第一驱动信号，所述高速振荡器OSC3为所述计数器T16提供第二驱动信号，所述数字时钟校准方法包括：
当所述RTC定时器发生中断时，启动所述计数器T16；
确定所述计数器T16在所述RTC定时器的一个第一中断周期内的第一计数值；
根据所述第一计数值和标定的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型；
根据所述第二计数值、所述计数误差值和所述时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准。
根据本发明实施例的数字时钟校准方法，至少具有如下有益效果：
本发明实施例的数字时钟校准方法无需外部高速陶瓷振荡器或外部低速晶体振荡器即可实现数字时钟的校准，成本更低性能稳定，且无需外围的谐振振荡电路，可以节省外围电子元器件，有利于批量生产。
根据本发明的一些实施例，所述第二计数值的设定方法，包括步骤：
根据所述低速振荡器OSC1的振荡频率的标称值，确定所述RTC定时器的第二中断周期；
根据所述第二中断周期和所述计数器T16的预设的第三中断周期，确定所述第二计数值，所述第二计数值为所述计数器T16在一个所述第二中断周期内的计数值。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第一计数值和标称的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型，包括：
所述计数误差值等于所述第二计数值减去所述第一计数值；
当所述计数误差值大于或等于零时，所述时钟补偿类型为前向补偿；
当所述计数误差值小于零时，所述时钟补偿类型为后向补偿。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第二计数值、所述计数误差值和所述时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准，包括步骤：
每隔预设的时间间隔，对所述RTC定时器进行中断检测，以获取所述RTC定时器的中断次数；
根据所述RTC定时器的中断次数，唤醒所述RTC定时器运行一个中断周期，并对所述计数误差值进行误差累加，得到计数误差累加值；
根据所述时钟补偿类型、所述计数误差累加值和所述第二计数值，对所述时钟信号进行校准。
根据本发明的一些实施例，根据所述时钟补偿类型、所述计数误差累加值和所述第二计数值，对所述时钟信号进行校准，包括：
当所述补偿类型为前向补偿，且所述计数误差累加值大于或等于所述第二计数值时，对所述时钟信号增加一个计时周期；
当所述补偿类型为后向补偿，且所述计数误差累加值大于或等于所述第二计数值时，对所述时钟信号减少一个计时周期。
根据本发明的一些实施例，所述对所述时钟信号进行校准，之后还包括步骤：
确定所述计数误差累加值与所述第二计数值之间的计数差值；
将所述计数差值作为下一次误差累加的初始值。
第二方面，根据本发明实施例的无线遥控器，包括嵌入式单片机系统，所述嵌入式单片机系统用于执行上述的数字时钟校准方法。
第三方面，根据本发明实施例的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的数字时钟校准方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的数字时钟校准方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的数字时钟校准方法中理想状态的时钟时序图；
图3a为本发明实施例的数字时钟校准方法中频率误差-20％的时钟时序图；
图3b为本发明实施例的数字时钟校准方法中频率误差-20％的时钟校准时序图；
图4a为本发明实施例的数字时钟校准方法中频率误差+20％的时钟时序图；
图4b为本发明实施例的数字时钟校准方法中频率误差+20％的时钟校准时序图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本发明的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整步骤之间的实施顺序并不会影响本发明技术方案所达到的技术效果。
请参照图1，本实施例公开了一种数字时钟校准方法，应用于嵌入式单片机系统，嵌入式单片机系统设置有低速振荡器OSC1、高速振荡器OSC3、RTC定时器和计数器T16，RTC(实时时钟)定时器用于产生秒、分、时、日等时间信息，低速振荡器OSC1为RTC定时器提供第一驱动信号，高速振荡器OSC3为计数器T16提供第二驱动信号，无需外部的低速晶振振荡器或外部的高速陶瓷振荡器，生产成本较低。在本实施例中，高速振荡器OSC3的工作温度范围为-20℃～+60℃，工作温度范围广，稳定性高，高速振荡器OSC3的振荡频率精度在±1％内，振荡频率精度较高，因此由高速振荡器OSC3驱动的计数器T16的计数误差小，而低速振荡器OSC1的振荡频率精度大于或等于±20％，与高速振荡器OSC3相比，低速振荡器OSC1的精度较低，导致由低速振荡器OSC1驱动的RTC定时器会存在较大的计时误差，因此，本发明实施例通过下述的数字时钟校准方法对时钟信号的校准。需要说明的是，本实施例涉及的“高速”和“低速”是指振荡器振荡频率的相对高低，其中，高速振荡器OSC3的振荡频率高于低速振荡器OSC1的振荡频率。
数字时钟校准方法包括：
S100、当RTC定时器发生中断时，启动计数器T16。
由于RTC定时器的时钟源来源于低速振荡器OSC1，因此，RTC定时器的驱动信号为脉冲信号，在脉冲信号的一个周期内发生两次中断，即在周期的起始时刻和周期的结束时刻发生中断，通过对中断事件的检测，可以检测RTC定时器的周期数量，从而估算当前的时间。当RTC定时器发生中断时，启动计数器T16，可以通过计数器T16同步检测RTC定时器的周期长度。
S200、确定计数器T16在RTC定时器的一个第一中断周期内的第一计数值。
由于计数器T16的时钟源来源于高速振荡器OSC3，计数精度较高，通过计数器T16在RTC定时器的一个第一中断周期内进行计数，可以确定第一中断周期的长度，且计数精度较高。
S300、根据第一计数值和标定的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型。
在本实施例中，第一计数值为实际测定值，第二计数值为标定值，可以根据低速振荡器OSC1振荡频率的标称值进行确定。通过实际测定值与标定值之间的对比，可以确定实际测定值和标定值之间的误差，通过误差分析可以为后续的时钟信号的校准提供依据。本实施例以计数误差值来衡量实际测定值和标定值之间的误差的大小，以时钟补偿类型来衡量实际测定值和标定值之间的误差类型。
S400、根据第二计数值、计数误差值和时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准。
在RTC定时器的一个第一中断周期内产生的精度误差，对于整个第一中断周期来说，是可以忽略不计的，但是当RTC定时器连续运行多个第一中断周期而累积的精度误差会导致周期延迟，因此，本实施例需要根据第二计数值、计数误差值和时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准，以确保数字时钟的正确。值得理解的是，定时校准的定时间隔可以根据实际应用需求而定。
与现有的无线遥控器的低功耗方案相比，本发明实施例的数字时钟校准方法利用嵌入式单片机系统内置的高速振荡OSC3和低速振荡器OSC1，无需外部高速陶瓷振荡器或外部低速晶体振荡器即可实现数字时钟的校准，成本更低性能稳定，而且与现有的高速RC振荡电路相比，本实施例的校准方法无需外围的谐振振荡电路，可以节省外围电子元器件，有利于批量生产。
在本实施例中，第二计数值的设定方法，包括步骤：
S310、根据低速振荡器OSC1的振荡频率的标称值，确定RTC定时器的第二中断周期。
例如，低速振荡器OSC1的振荡频率的标称值(理想状态下的值)为32.768KHz，设定RTC定时器的工作频率为低速振荡器OSC1经过8192分频后的频率，则RTC定时器的工作频率fRTC＝fOSC1/8192＝4Hz，因此，RTC定时器的第二中断周期(在理想状态下的中断周期)TRTC＝250ms。
S320、根据第二中断周期和计数器T16的预设的第三中断周期，确定第二计数值，第二计数值为计数器T16在一个第二中断周期内的计数值。
在本实施例中，高速振荡器OSC3的振荡频率为12MHz，设定计数器T16的工作频率为高速振荡器OSC3经过48分频后的频率，则计数器T16的工作频率fT16＝fOSC3/48＝250KHz，为了简化运算，设定计数器T16每计数250次进入一次中断，则第三中断周期TT16＝250×1/fT16＝1ms。因此，计数器T16在一个第二中断周期内的计数值为250次，即当低速振荡器OSC1的振荡频率为标称值时，在RTC定时器的两次中断之间，计数器T16应计数250次。
然而，由于低速振荡器OSC1振荡频率的精度较低，低速振荡器OSC1的振荡频率的减慢或加快，使RTC定时器的中断周期或长或短，因此，本实施例需要确定实际测定值和标定值之间的误差。
其中，步骤S300、根据第一计数值和标称的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型，包括：
计数误差值等于第二计数值减去第一计数值；
当计数误差值大于或等于零时，时钟补偿类型为前向补偿；
当计数误差值小于零时，时钟补偿类型为后向补偿。
本实施例提供了计数误差值的计算方式，为RTC定时器的中断周期的实际测定值和标定值之间的误差提供了定量分析的方法。根据计数误差值的大小可以确定时钟补偿类型，为后续的时钟信号校准提供校准依据。
上述步骤S400、根据第二计数值、计数误差值和时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准，包括步骤：
S410、每隔预设的时间间隔，唤醒RTC定时器运行一个中断周期，并对RTC定时器进行中断检测，以获取RTC定时器的中断次数。
例如，将时间间隔设定为1秒，每1秒唤醒RTC定时器，RTC定时器被唤醒后运行一个中断周期，获取RTC定时器的中断次数，可以计算RTC定时器的中断周期数量。
S420、根据RTC定时器的中断次数，对计数误差值进行误差累加，得到计数误差累加值。
由于RTC定时器发生中断时，计数器T16会启动并计数，由于低速振荡器OSC1的振荡频率存在精度问题，RTC定时器的每个中断周期都会产生周期大小误差，例如理想状态下的周期大小为250ms，但实际运行时的周期大小为312.5ms，两者相差62.5ms。因此当RTC定时器连续运行多个中断周期后，RTC定时器的周期大小误差会越来越大，直至超过一个中断周期的时间长度。
S430、根据时钟补偿类型、计数误差累加值和第二计数值，对时钟信号进行校准。
由于高速振荡器OSC3的振荡频率精度较高，使计数器T16的计数稳定性好，因此，可以通过计数器T16的计数值来衡量RTC定时器的周期大小。当计数误差累加值超过第二计数值时，说明RTC定时器的周期大小误差已超过一个中断周期的时间长度。当采用低速振荡器OSC1进行数字时钟驱动时，数字时钟的工作频率与RTC定时器的工作频率成比例关系，因此，经过上述步骤后，当RTC定时器的周期大小误差超过一个中断周期的时间长度时，数字时钟的计时误差也超过一个计时周期的时间长度。
其中，步骤S430、根据时钟补偿类型、计数误差累加值和第二计数值，对时钟信号进行校准，包括：
S431、当补偿类型为前向补偿，且计数误差累加值大于或等于第二计数值时，对时钟信号增加一个计时周期；
S432、当补偿类型为后向补偿，且计数误差累加值大于或等于第二计数值时，对时钟信号减少一个计时周期。
上述步骤S430中，对时钟信号进行校准，之后还包括步骤：
S510、确定计数误差累加值与第二计数值之间的计数差值；
S520、将计数差值作为下一次误差累加的初始值。
通过如此操作，可以确保两次校准之间的误差累加的连续性，有利于提高校准的准确性。
下面以一个具体的示例来对本发明实施例的数字时钟校准方法进行更加详细的说明。需要说明的是，以下示例是为了便于理解本发明实施例的技术方案，而并非对本发明实施例的具体限定。
请参照图2，手持式无线遥控器内设置有嵌入式单片机系统，嵌入式单片机系统设置有低速振荡器OSC1、高速振荡器OSC2、RTC定时器和计数器T16，其中，低速振荡器OSC1振荡频率的标称值为32.768KHz，精度误差为±20％，高速振荡器OSC3的振荡频率为12MHz，精度误差为±1％，RTC定时器的工作频率为低速振荡器OSC1经过8192分频后的频率，即fRTC＝4Hz，RTC定时器的中断周期TRTC＝250ms，计数器T16的工作频率为高速振荡器OSC3经过48分频后的频率，即fT16＝250KHz，设定计数器T16每计数250次进入中断，则计数器T16的中断周期为TT16＝1ms。
请参照图3a和图3b，为了便于说明，下面假设低速振荡器OSC1的振荡频率的精度误差为-20％，即OSC1的振荡频率为32768Hz×(1-20％)＝26214.4Hz，此时RTC定时器的工作频率为26214.4Hz/8192＝3.2Hz，则RTC定时器的中断周期为312.5ms。由于高速振荡器OSC3的频率精度较高，可以近似认为计数器T16的中断周期不变，则在RTC定时器的一个中断周期内，即RTC定时器发生两次中断的时间内，计数器T16的计数为312次，与理想状态下的250次计数相比，两者的计数误差值为+62次。当RTC定时器连续运行到第6个中断周期时，计数误差累加值为62×(6-1)＝310>250，即与理想状态相比，已产生一个中断周期的误差，因此需要进行相应的误差补偿。
在低速振荡器OSC1驱动秒寄存器进行计时的过程中，低速振荡器OSC1理想状态下计时1分钟，精度误差为-20％的低速振荡器OSC1只计时到48秒，两者误差12秒。由于秒寄存器和RTC定时器共用驱动时钟源，即低速振荡器OSC1，秒寄存器和RTC定时器在理论上具有相同的精度误差。因此，根据上述原理，数字时钟的校准方法为，低速振荡器OSC1每计时1秒，唤醒RTC定时器运行一个中断周期，并通过计数器T16进行计数，如此可以得到每1秒内的计数误差值，即+62次，当低速振荡器OSC1计时到第6秒时，RTC定时器运行了6个中断周期，计数误差累加值为310次，RTC定时器已产生一个中断周期的误差，同时低速振荡器OSC1的计时也产生了一个周期(1秒)的误差，即理想状态下的计时应为第7秒。因此需要进行前向补偿，即需要将秒寄存器的计时时刻从当前的第6秒变更为补偿后的第7秒。当完成一次补偿后，将计数误差累加值减去理想状态下的计数值，得到计数差值，即310-250＝60，作为下一次误差累加的初始值，有利于确保误差累加的连续性。
同理，请参照图4a和图4b，假设低速振荡器振荡频率的精度误差为+20％，即OSC1的振荡频率为32768Hz×(1+20％)＝39321.6Hz，此时RTC定时器的工作频率为39321.6Hz/8192＝4.8Hz，则RTC定时器的中断周期为208.33ms。由于高速振荡器OSC3的频率精度较高，可以近似认为计数器T16的中断周期不变，则在RTC定时器的一个中断周期内，即RTC定时器发生两次中断的时间内，计数器T16的计数为208次，与理想状态下的250次计数相比，两者的计数误差值为-42次。当RTC定时器连续运行到第7个中断周期时，计数误差累加值为42×(7-1)＝252>250，即与理想状态相比，已产生一个中断周期的误差，因此需要进行相应的误差补偿。
在低速振荡器OSC1驱动秒寄存器进行计时的过程中，低速振荡器OSC1理想状态下计时1分钟，精度误差为+20％的低速振荡器OSC1已计时到72秒，两者误差12秒。根据上述原理，数字时钟的校准方法为，低速振荡器OSC1每计时1秒，唤醒RTC定时器运行一个中断周期，并通过计数器T16进行计数，如此可以得到每1秒内的计数误差值，即-42次，当低速振荡器OSC1计时到第7秒时，RTC定时器运行了7个中断周期，计数误差累加值为252次，RTC定时器已产生一个中断周期的误差，同时低速振荡器OSC1的计时也产生了一个周期(1秒)的误差，即理想状态下的计时应为第6秒。因此需要进行后向补偿，即需要将秒寄存器的计时时刻从当前的第7秒变更为补偿后的第6秒。当完成一次补偿后，将计数误差累加值减去理想状态下的计数值，得到计数差值，即252-250＝2，作为下一次误差累加的初始值，有利于确保误差累加的连续性。
此外，本发明实施例的表1还列举了在不同环境温度下，工作电压为1.8V～5.5V时的秒时间误差和分钟时间误差。
Figure BDA0003087608560000101
Figure BDA0003087608560000111
表1
需要说明的是，表1中的数据仅用于说明本发明的实施效果，没有将全工况条件全部的技术数据列出，在实际使用过程中测定的数据越多，计算结果就准确，数字时钟的精度也会更好。
本发明实施例还公开一种无线遥控器，包括嵌入式单片机系统，嵌入式单片机系统用于执行上述的数字时钟校准方法。
本发明实施例还公开一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的数字时钟校准方法。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种数字时钟校准方法，应用于嵌入式单片机系统，所述嵌入式单片机系统设置有低速振荡器OSC1、高速振荡器OSC3、RTC定时器和计数器T16，所述低速振荡器OSC1为所述RTC定时器提供第一驱动信号，所述高速振荡器OSC3为所述计数器T16提供第二驱动信号，其特征在于，所述数字时钟校准方法包括：
当所述RTC定时器发生中断时，启动所述计数器T16；
确定所述计数器T16在所述RTC定时器的一个第一中断周期内的第一计数值；
根据所述第一计数值和标定的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型；
根据所述第二计数值、所述计数误差值和所述时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准。
2.根据权利要求1所述的数字时钟校准方法，其特征在于，所述第二计数值的设定方法，包括步骤：
根据所述低速振荡器OSC1的振荡频率的标称值，确定所述RTC定时器的第二中断周期；
根据所述第二中断周期和所述计数器T16的预设的第三中断周期，确定所述第二计数值，所述第二计数值为所述计数器T16在一个所述第二中断周期内的计数值。
3.根据权利要求1所述的数字时钟校准方法，其特征在于，所述根据所述第一计数值和标称的第二计数值，确定计数误差值和时钟补偿类型，包括：
所述计数误差值等于所述第二计数值减去所述第一计数值；
当所述计数误差值大于或等于零时，所述时钟补偿类型为前向补偿；
当所述计数误差值小于零时，所述时钟补偿类型为后向补偿。
4.根据权利要求1或3所述的数字时钟校准方法，其特征在于，所述根据所述第二计数值、所述计数误差值和所述时钟补偿类型，进行时钟信号的定时校准，包括步骤：
每隔预设的时间间隔，唤醒所述RTC定时器运行一个中断周期，并对所述RTC定时器进行中断检测，以获取所述RTC定时器的中断次数；
根据所述RTC定时器的中断次数，对所述计数误差值进行误差累加，得到计数误差累加值；
根据所述时钟补偿类型、所述计数误差累加值和所述第二计数值，对所述时钟信号进行校准。
5.根据权利要求4所述的数字时钟校准方法，其特征在于，根据所述时钟补偿类型、所述计数误差累加值和所述第二计数值，对所述时钟信号进行校准，包括：
当所述补偿类型为前向补偿，且所述计数误差累加值大于或等于所述第二计数值时，对所述时钟信号增加一个计时周期；
当所述补偿类型为后向补偿，且所述计数误差累加值大于或等于所述第二计数值时，对所述时钟信号减少一个计时周期。
6.根据权利要求4所述的数字时钟校准方法，其特征在于，所述对所述时钟信号进行校准，之后还包括步骤：
确定所述计数误差累加值与所述第二计数值之间的计数差值；
将所述计数差值作为下一次误差累加的初始值。
7.一种无线遥控器，其特征在于，包括嵌入式单片机系统，所述嵌入式单片机系统用于执行权利要求1至6任意一项所述的数字时钟校准方法。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任意一项所述的数字时钟校准方法。
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