如何获得准确的时间？

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我已经使用Arduino制作了一个时钟，但是时间似乎在漂移。我知道过渡问题；一周内时钟似乎会偏移15分钟左右。

我正在为此 Digi-key的谐振器使用定制PCB 。该代码在每个循环的开头读取millis（）函数，并从该值开始工作。

我的问题是：我该如何使用Arduino测量时间，准确到足以制作出可通过的台式时钟？

time millis

— 约翰·沃尔特
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中断功能提供了毫秒功能，这需要几个时钟周期才能运行。这为每个刻度增加了微不足道的时间。

— TheDoctor 2014年

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@TheDoctor：这是不正确的。中断不会减慢驱动器的硬件计时器millis()。

— Edgar Bonet 2015年

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注意：尽管我的回答被接受并且具有较高的投票分数，但是请确保您阅读了Edgar Bonet关于如何使Arduino保持时间而不使用RTC 的出色回答。

我在使用DS1307实时时钟方面非常成功。这是其数据表的链接。

以下是其一些功能：

它使用IC接口与Arduino进行通信，从而可以轻松地使用正确的库（可从网上获得）进行编程。
它通过SCL和SDA引脚（分别为模拟A4和A5）连接到Arduino，因此仅使用2个引脚。
它只需要很少的外部组件即可运行。
IT可以连接到纽扣电池，因此即使关闭Arduino也可以节省时间。在其低功率模式下，纽扣电池可持续使用数年。
它的漂移很小（在我的情况下，每周仅漂移几秒钟）。
它不是很贵。

如果您不打算使用RTC，则可以替换通常用于为arduino提供时钟的晶体，例如Farnel的晶体振荡器模块或另一种晶体振荡器模块。它们采用4引脚封装，如下图所示。它们将为您的arduino生成更精确的时钟。

晶体振荡器图像

提到的两个模块的公差均为50 ppm，并在5V下工作。

同样，请注意，不要将这些晶体振荡器模块与常规的2引脚晶体混淆，如下所示。例如，这些是MCU外部时钟电路的一部分。

晶体振荡器

— 里卡多
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DS1302是否足够好？还是应该移至DS1307？

— 凯利·S·法

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您不需要RTC来构建时钟：ATmega芯片具有执行RTC本身职责所需的所有硬件。方法如下：

获得32768 Hz的手表晶体：购买或拆卸旧时钟。这些专为计时而设计的晶体具有极小的温度漂移。如果您想使用RTC芯片，则还需要其中之一。
配置ATmega的保险丝，使其在8 MHz RC振荡器上运行。这将使您的millis()功能极其不准确，并且还会释放XTAL1和XTAL2引脚。
将手表晶体连接到TOSC1和TOSC2引脚。这些引脚与XTAL1和XTAL2相同（328P上为9和10）。不同的名称用于表示不同的功能。
将定时/计数器2配置为异步操作，正常计数模式，预分频器设置为128，并启用定时器溢出中断。

现在，您将以非常稳定的速率（每秒一次）获得TIMER2_OVF中断。您只需在ISR中将时钟显示提前一秒。在两次中断之间，您可以使MCU处于深度睡眠状态（节能睡眠模式：只有定时器2才能运行），并且可以在几个AA单元上运行数年。显然，除非显示器耗电。

我正是这样做的，目的是建造我的24小时单手挂钟。现在，该链接指向原始文档的法文英文翻译。

石英校准

如果您不校准石英，则可能会出现很大的漂移，通常每周几秒钟。漂移速率取决于将晶体连接至MCU的走线的杂散电容。原则上，可以通过添加一些额外的，经过微调的电容将其删除。值得注意的是，使用RTC时也会遇到相同的漂移问题。

如果您对这种准确性感到满意，那就忍受它并感到高兴。但是，如果您想测量漂移，则会发现它非常稳定。然后，您可以轻松地用软件对其进行补偿，并达到每年几秒钟的精度。

校正漂移的算法非常简单。从测得的漂移中，您可以得出中断之间的精确延迟，该延迟应非常接近10 ⁹ 纳秒，然后：

#define ONE_SECOND    1000000000  // in nanoseconds
#define ONE_INTERRUPT  999993482  // for example

ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
    static uint32_t unaccounted_time;

    unaccounted_time += ONE_INTERRUPT;
    while (unaccounted_time >= ONE_SECOND) {
        advance_display_by_one_second();
        unaccounted_time -= ONE_SECOND;
    }
}

在上面的示例中，石英速度有点过快，并且软件会每隔几天“丢失”一个刻度来进行补偿。如果石英速度太慢，则同一代码将每隔几天两次双击。

也可以对RTC进行这种校准，但是它将更加复杂，因为RTC以细分形式报告时间，这自然不适合进行算术运算。

— 埃德加·博内特
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哇，这是一个非常漂亮的设计！我真的很喜欢您提供足够的照片来使设计清晰，即使对于我们这个愚蠢的美国人也是如此：)我真的很喜欢看到这样的明确项目文档！

— John Walthour 2015年

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@JohnWalthour：谢谢！现在，您鼓励我写译文。:-)

— Edgar Bonet 2015年

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@JohnWalthour：完成！现在，该链接指向英语翻译。

— Edgar Bonet 2015年

明确地说，当您说“ ATmega芯片具有所需的所有硬件”时，当您必须获得新的晶体时，这并不是完全正确的。我认为您的解决方案很精巧，不能取代晶体，但是当您说我不需要硬件然后转过来说我需要更换一块硬件时，我有些困惑。

— 凯利·S·法兰西

@ KellyS.French：我的意思是“ ATmega芯片具有执行RTC本身职责所需的所有硬件”（强调了一点）。但是重要的是要注意，大多数RTC，包括无所不在的DS1307，都需要一个外部晶振来工作。ATmega没什么不同：它具有取代RTC本身所需的全部功能，但又无须取代无论如何都必须连接到RTC的晶振。请注意，RTC 模块是更不仅仅是一个RTC，因为它包括了水晶。

— Edgar Bonet

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您指定的谐振器具有0.3％的稳定性，其中晶体或晶体振荡器（如Ricardo所述）为50ppm。稳定很多倍。更不用说谐振器的温度漂移是可怕的。阳光加热会改变它。因此，谐振器不应用于长时间保持时间。

因此，使用晶体或晶体振荡器将得到您想要的。要么在ATmega上使用它并分别设置保险丝，要么我们将其连接到RTC。

— mpflaga
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50ppm是0.005％的稳定性吗？

— Matthew G.

我对此规范进行了概括，以使回答简短。注意稳定性（Res）。具有更大的容忍度，可能会相差甚远。正如John W所经历的那样。“正确工作的正确部分”

— mpflaga 2014年

哦，我只是对术语@mpflaga感到好奇，这对我来说是新的。

— 马修·G。

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如果您不想使用诸如实时时钟之类的额外硬件（例如DSDS1307），则可以通过禁用所有未使用的中断来显着提高定时精度。默认情况下，Arduino草图带有启用的各种中断例程，通常它们实际上并未用于草图。找出是否可以做的最快方法，尝试通过发出尝试禁用它们noInterrupts();

— 吉比
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-1（尽管这应为-4），因为：1.除非您实际需要它们，否则默认情况下所有中断都被禁用，唯一的例外是TIMER0_OVF，这是保持时间的必要条件。2. Arduino的定时精度主要受谐振器质量的限制。3.中断不会影响精度，millis()除非您一次要花费超过一毫秒的时间来维护它们，在这种情况下，您还会遇到其他问题... 4.禁用中断noInterrupts()会完全millis()浪费时间！

— Edgar Bonet 2015年

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我了解Arduino的许多精神是节俭，偶尔会遇到问题。我在工作场所使用Arduino（现在使用chipKIT，因为它具有10倍的RAM和10倍的时钟速度），而我需要“外围功能”以使其尽可能快地工作。

我在我的一个项目中使用了sparkfun实时时钟，对此感到非常满意。他们也有一个“ Dead on”变体。

— 克里斯·克
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