技术说明 使用实时时钟模块的高精度对时 搭载秒以下时间调节功能的爱普生实时时钟模块之解说 【序文】 近年，随着电波手表的普及以及可从 NTP 时间服务器获取标准时间等，获取极为准确的时间已不再繁琐劳神。因此，用于金 融、交通管理、电力控制、安全及体育等应用系统设计一般均以可参照正确时间为基础。这类处理系统在数据输入、输出部分必 须设置为数众多的终端设备，且这些终端设备也需要有正确的时间。为了回应上述需求，爱普生向市场提供了内建以高稳定频率 振荡的石英晶体单元的实时时钟模块。 该产品群中，内建 TCXO 数字式实时时钟模块、具有温度补偿功能的高精度产品如下：RX-4803SA/LC、RA4803SA（串行接 2 口，以下称为“4803 系列”）及 RX-8803SA/LC、RA8803SA（I C 接口，以下称为“8803 系列”）。这些产品可在-40 至+85℃ 的温度范围内将频率输出精度保持在±3.4×10-6（相当于月差 9 秒），即每天平均时间误差控制在±0.3 秒以下。 但是，即便上述产品具备高时间精度，有些顾客因用途需要亦要求对低于 1 秒的微小误差进行调节。实时时钟模块生成 1 秒的 原理是以 32.768kHz 的石英晶体单元做为波源，通过分频而获得。如果需要让多台设备同时执行某一动作，则有必要对低于 1 秒的误差进行调节，使各设备的时间保持一致。4803 系列与 8803 系列产品可调节低于 1 秒的误差，以回应这种需求。 很多爱普生的实时时钟模块搭载了 RESET 功能，可使用软件对上述低于 1 秒的误差进行调节。但是，使用软件调节时间的方 法会因软件处理时间而产生时间偏差。这对需要以精确时间实现同步的用户来说，这个误差也须解决。为此，4803 系列和 8803 系列又搭载了使用硬件调节时间的 ERST 功能。 本次说明内建 TCXO 数字式实时时钟模块 4803 系列与 8803 系列所搭载的用于调节低于 1 秒时间的 RESET 功能及 ERST 功 能，并使用时序图等以具体实例进行说明。 * RESET 功能 与 ERST 功能 * 8:00:00.15 7:59:59.47 8:00:00.76 8:00:00.00 8:00:00.00 8:00:00.00 所有系统均在 8:00:00.00 同时开始执行！ *执行功能之前，务必先从外部输入已同步的时间信息。 图 1：安全摄象机系统的低于 1 秒时间调节示意图 1 技术说明 【使用爱普生实时时钟模块的高精度对时方法（低于 1 秒时间的调节）】 4803 系列与 8803 系列爱普生实时时钟模块可使用以下两种方法，对低于 1 秒的时间进行高精度调节： 1.使用 RESET 位对时 ：应用软件的对时方法 2.使用 ERST 位对时 ：应用硬件的对时方法 下文详细说明使用上述两种对时方法相关的寄存器、重置的动作及设定例。使用上述方法之前，务必先从外部输入已同步的时 间信息。 1.使用 RESET 位对时例 以软件进行的 RESET 位对时可通过操作实时时钟模块的寄存器调节时间。除了 4803 系列与 8803 系列以外，很多爱普生的 实时时钟模块产品采用了该手法。 ·关联寄存器 ●4803 系列（Bank1、2） Address 功 能 F 控制寄存器 bit 7 bit 6 CSEL1 CSEL0 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 UIE TIE AIE EIE bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 UIE TIE AIE bit 0 RESET ●8803 系列（Bank1、2） Address 功 能 0F、1F 控制寄存器 bit 7 bit 6 CSEL1 CSEL0 bit 0 RESET ·RESET 位与动作说明（含时序图例） RESET 位设定为“1”后，计时电路的低于 1 秒的计时器将在命令结束时被重置。欲在特定时间开始准确计时时，可在设定时 间后进行重置，之后将每秒更新秒位计时器。 重置及清除进位信息 处于重置待机状态 命令输入期间 （CE＝”H”or S-P 间） 命令结束时执行重置 命令 sec min n+5 0 hour week +1 +2 RESET 低于 1 秒分频计时器 （包括 1/100 秒） n+1 n+2 n+3 n+4 +21 +22 +23 +24 +25 +26 +27 +28 +29 0 +1 设定秒寄存器后，请在不到 1 秒的时间内执行重置。 该时间达到 1 秒以上时，秒计时器进位 （因为重置时不清除进位信息）。 ·使用RESET位的注意点 RESET位在下列前提条件之下执行动作： 只将RESET位设定为“1”，计时器不停止（继续计时）； 重置与其它命令相对独立，单独动作。写入RESET位后，命令输入结束后低于1秒的计时器被重置。 执行重置时不清除进位信息，为此请在设定秒寄存器后不到1秒的时间内重置低于1秒的计时器； 2 +2 +3 +4 +5 +6 技术说明 2.使用 ERST 位对时例 以硬件进行的 ERST 位对时可事先设定寄存器后输入事件信号，以此调节时间。该方法与之前说明的使用 RESET 位对时相比， 不会因软件处理时间而产生时间偏差，因此能够以更准确的时间实现同步。 ·关联寄存器 ●4803系列（Bank3） Address 功能 bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0 F 事件控制 ECP EHL ET1 ET0 ERST ●8803系列（Bank3） Address 功能 bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0 2F 事件控制 ECP EHL ET1 ET0 ERST ·ERST 位与动作说明（含时序图例） ERST 位设定为“1”后，计时电路的低于 1 秒的计时器将在检测出输入 EVIN 端子的外部事件的同时被重置。欲在特定时间开 始准确计时时，可在设定时间后向 EVIN 端子输入事件，之后将每秒更新秒位计时器。EHL 位为“0”时，向 EVIN 端子输入信 号的事件检测结果为低电平；EHL 位为“1”时则检测出高电平（*a）。以下是 EHL 位设定为“1” （检测出高电平）时的动作例。 重置及清除进位信息 处于重置待机状态 命令输入期间 （CE＝”H”or S-P 间） 命令 sec min hour ERST week 输入高电平信号 发生事件时执行重置 向 EVIN 端子输入 事件信号 低于 1 秒分频计时器 （包括 1/100 秒） n+1 n+2 n+3 n+4 n+5 0 +1 +2 +21 +22 +23 +24 +25 +26 +27 +28 +29 +30 +31 +32 0 +1 +2 +3 设定秒寄存器后，请在不到 1 秒的时间内执行重置。 该时间达到 1 秒以上时，秒计时器进位 （因为 ERST 时不清除进位信息）。 ·使用 ERST 位的注意点 ERST 位在下列前提条件之下执行动作： 只将 ERST 位设定为“1”，计时器不停止（继续计时）； ERST 与其它命令相对独立，单独动作。写入 ERST 位后，输入事件时低于 1 秒的计时器被重置； 执行 ERST 时不清除进位信息，为此请在设定秒寄存器后不到 1 秒的时间内重置低于 1 秒的计时器； 将 ERST 位设定为“1”后，只要在事件发生之前将 ERST 位设定为“0”，就可使 ERST 功能失效。 （*a） 进行高精度对时时的信号检测不去除输入切跳， 但最小脉冲宽度保持时间必须达到 367 微秒以上， 以便在内部时钟实现计时动作和 EVIN 端子输入的同步。 3 技术说明 ·使用 ERST 位的高精度对时设定例 时间与日历的设定例【设定值：2014 年 4 月 18 日[周五] 15:30:00】 8803 系列 4803 系列 ·SEC 寄存器的设定(清除进位信息) [Bank1] Reg(0)h←(00)h Write[秒] ·SEC 寄存器的设定(清除进位信息) [兼容寄存器] Reg(00)h←(00)h Write[秒] ·低于 1 秒计时器重置待命 [Bank3] Reg(F)h←(41)h Write (ECP=0,EHL=1,ET1=0,ET0=0,ERST=1) ·低于 1 秒计时器重置待命 [扩充寄存器②] Reg(2F)h←(41)h Write (ECP=0,EHL=1,ET1=0,ET0=0,ERST=1) ·年月日的设定 [兼容寄存器] Reg(06)h←(14)h Reg(05)h←(04)h Reg(04)h←(18)h Write[年] Write[月] Write[日] Write[周日] ·周日的设定 [兼容寄存器] Reg(03)h←(20)h Write[周日] Write[点] Write[分] Write[秒] ·时间的设定 [兼容寄存器] Reg(02)h←(15)h Reg(01)h←(30)h Reg(00)h←(00)h Write[点] Write[分] Write[秒] ·年月日的设定 [Bank1] Reg(6)h←(14)h Write[年] Reg(5)h←(04)h Write[月] Reg(4)h←(18)h Write[日] ·周日的设定 [Bank1] Reg(3)h←(20)h ·时间的设定 [Bank1] Reg(2)h←(15)h Reg(1)h←(30)h Reg(0)h←(00)h *1 *2 *3 *2 *3 *4 *4 设定确认 OK? *1 No 设定确认 OK? No Yes Yes 低于 1 秒计时器执行重置 将 EVIN 端子的输入从低电平改为高电平后， *5 执行重置，重新开始计时 低于 1 秒计时器执行重置 将 EVIN 端子的输入从低电平改为高电平后， *5 执行重置，重新开始计时 *1） ERST 位为“1”时低于 1 秒的计时器进入重置待命状态，又进入等待外部事件输入的状态。 *2） 、*3） 数据是二进制编码十进制。 *4） 查看写入的数据，确认是否写入了需要的数据(可省略)。 *5） 当 EVIN 端子输入所需的外部事件时，低于 1 秒计时器被重置。 不受 ET0 和 ET1 位所设定的去除 EVIN 端子输入切跳的设定所限，将立即执行计时器的重置（但受内部元件延误的影响将产生几十毫 微秒的延误）。 4 技术说明 ·与 1PPS 信号同步的高精度时间设定 使用 ERST 位进行的硬件对时也可将 GPS 模块等的 1PPS 信号（每秒脉冲数，1Hz 输出信号）做为外部事件输入，以此接 收 GPS 的准确时间信号进行高精度对时。 下例是 GPS 模块输出的 1PPS 信号与时间数据输出的时序图。 GPS 模块的 1PPS 信号与时间数据输出的时序 1PPS（自 GPS） 电压 （输入 RTC 的 EVIN） EVIN 接收 EVIN 接收 时间 电压 时间 t-1 的串联数据 TD（自 GPS） 时间 t 的串联数据 t-1 时间 t+1 的串联数据 t 时间 t+1 （非同步串联输出数据） 电压 等待时间 状态 RTC 设定信息 设定等待 时间状态 向 t 设定 时间 电压 RTC 计时信息 （1/100 秒位） 之后 RTC 自行计时 n n (00) t (00) t t+1 (00) 请务必注意的是，该功能在 GPS 模块无法正确接收卫星信息的环境下有可能不能准确对时。 如至今为止的说明所示，爱普生在向顾客提供高性能（=时钟精度）实时时钟模块的同时，还将提供搭载顾客所需功能的产品， 为构建高精度同步时间处理系统而助力。而且，爱普生的实时时钟模块在出厂前均调整了频率精度，在保证了精度的基础上提供给 顾客，所以使用时不需要调节频率，为顾客提高设计效率和产品质量做出贡献。 5