实时时钟ISL1208的原理与应用

实时时钟ISL1208的原理与应用作者：张道明郝继飞谭国俊转贴自：微计算机信息点击数： 478更新时间：2008-10-16【字体： A】Principle and Application of Real Time Clock ISL1208Abstract: This article introduce the principle、the character、the function and the application of real time clock ISL1208 and then gives the hardware and software design.Keywords: RTC；MCS51；I2C interface；serial communication；C51摘要：简要介绍了实时时钟ISL1208的原理、特点、功能及应用，并给出了与单片机的硬件连接图及控制程序。关键词：实时时钟；MCS51；I2C接口；串行通信；C511.引言INTERSIL公司推出的ISL1208是一种I2C接口、低成本、低功耗实时时钟，它带有定时与晶体补偿、时钟/日历、电源失效指示器、周期或轮询报警、智能后备电池切换和后备电池供电的SRAM等功能。振荡器采用外部低成本32.768KHz晶振，日历可精确到2099年，闰年自动修正。其强大的报警功能，可被设置成任意时间点报警或固定频率输出。若采用3.0V/3.6V锂电池供电，供电电流仅为400nA，最多可持续供电长达10年。另外，后备电源输入引脚Vbat还允许断电时使用大容量后备电容供电以保证正常工作几个月左右。2. ISL1208简介 ISL1208引脚如图1所示：其中：引脚X1、X2接外部晶振输入端，可直接以32. 768kHz的晶体源驱动；Vbat接后备电源/电容，该引脚不用时接地；SDA为串行数据输入输出端；SCL为串行时钟输入端；IRQ/Fout为中断/频率输出端，可用作中断/频率输出；Vdd和GND为电源和接地端。3. ISL1208内部结构及其工作原理 ISL1208内部结构框图如图2。由图可知，ISL1208主要包括：I2C接口控制单元、实时时钟控制逻辑、时钟分频器、电源管理单元和寄存器单元。其中寄存器单元被分成四段：实时时钟、控制与状态、报警寄存器和用户SRAM；这四段寄存器各自含有不同的功能：实时时钟和报警寄存器用于写入/读出时间值和报警值，其写入形式为BCD码；控制与状态寄存器可完成对其他寄存器读写控制、报警与频率输出控制、模拟与数字微调控制等功能，其存储映射图如表1。控制与状态寄存器（Control and Status）控制与状态寄存器包括状态寄存器、中断与报警寄存器、模拟微调与数字微调寄存器。状态寄存器（SR）：用来控制RTC失效、电池模式、报警触发、时钟计数器写保护、晶体振荡器使能以及状态位的自动复位或者提供相应的状态信息。在时钟上电时，需将写RTC使能位WRTC置“1”，以便启动时钟计数。中断控制寄存器（INT）：主要用于控制时钟的周期性和单事件报警。其中频率输出控制位FO3FO0使能/禁止频率输出功能，并选择IRQ/FOUT引脚的输出频率（2-5Hz215Hz）。在频率模式被激活时它将覆盖IRQ/FOUT引脚上的报警模式。报警使能位ALME使能/禁止报警功能，中断/报警模式位IM使能单周期定时事件（IM0）/周期定时事件（IM1）。模拟微调寄存器（ATR）：ATR0至ATR5为六位模拟微调位，可调整片内负载电容（CX1、CX2）的值，这一电容值用于RTC的频率补偿，其每一位都有不同的电容调节比重。有效的片内串联负载电容CLOAD 的范围从4.5pF至20.25pF，中间值为12.5pF（默认）。CLOAD可通过X1/X2引脚之间两个数字控制电容器CX1和CX2调节。数字微调寄存器（DTR）：数字微调位DTR0、DTR1和DTR2用来调整每秒钟的平均计数值和平均误差以获取更好的精度。其中DTR2为符号位（DTR2=0频率补偿0，DTR2=1频率补偿0），DTR1和DTR0为刻度位：DTR1提供40ppm调整，DTR0提供20ppm调整。用以上三位可以表示60ppm至+60ppm的补偿范围。4. 应用举例4.1 硬件结构ISL1208具有I2C接口，使其便于与各类处理器连接且硬件结构十分简单，传输速率最高可达400Hz。硬件结构如图3。其中时钟输入口SCL、数据输入输出口SDA分别与AT89C51的P1.6、P1.7腿相连，中断输出口IRQ/Fout接外部中断INT0。AT89C51通过RS232口与计算机相连，通过计算机对实时时钟产生控制。Vbat引脚接后备电容器。4.2 软件设计 由于ISL1208为I2C接口，因此其接口协议也满足I2C规范，这里不再累述。需要提到一点是：在每次访问寄存器时，应先输入一个有效的辨识字节。该字节高7位（）为器件辨识符。辨识字节的最后一位定义进行读/写操作，当其为“1”时选择读，为“0”时选择写。图4为ISL1208读/写时序图。图4 读/写ISL1208对于ISL1208来说，由于其内部结构设计，可以很容易的实现2nHz中断输出和每分、每天至每年一次报警，但要求具体几分钟、几小时报警一次还需在程序的编制上要比较注意。以下程序为通过计算机、单片机来控制ISL1208每5秒钟产生一次中断程序，上位机程序由MATLAB编写4，单片机程序由C语言编写，由于篇幅有限仅列出部分单片机程序：#include #define ISLwr 0xde /*写辨识字节*/#define ISLrd 0xdf /*读辨识字节*/*-ISL1208管脚配置-*/sbit ISLSCL=P16; /*时钟*/sbit ISLSDA=P17; /*数据*/void sdelay(); /*短延时*/void ISLstart(); /*I2C起始位*/void ISLstop(); /*I2C停止位*/void GetACK(); /*主机等待应答(GACK)*/void OutACK(); /*主机应答(OACK)*/*-读/写ISL1208函数-*/unsigned char readISL1208(); void writeISL1208(unsigned char datas);/*-读/写寄存器-*/void writeREG(unsigned char adds,unsigned char datas);unsigned char readREG(unsigned char adds); bit flag=0; /*启动时钟报警标志位*/unsigned char alarm=0; /*报警时间参数*/main() . /*初始化*/ for(;) /*等待上位机发送命令*/ if(flag = =1) break; /*写状态寄存器，写RTC使能，报警自动复位*/ writeREG(0x07,0x90);/*写中断寄存器，单事件报警，中断使能*/ writeREG(0x08,0x60);/*写报警寄存器，报警使能*/ writeREG(0x0c,0x81);/*写时钟寄存器，启动RTC*/ writeREG(0x00,0x00);for(;); /*等待*/ void writeREG(unsigned char adds,unsigned char datas) ISLstart(); writeISL1208(ISLwr); GetACK(); writeISL1208(adds); /*写地址*/ GetACK(); writeISL1208(datas); /*写命令/数据*/ GetACK(); ISLstop(); unsigned char readREG(unsigned char adds) unsigned char reg; ISLstart(); writeISL1208(ISLwr); GetACK(); writeISL1208(adds); /*写地址*/ GetACK(); ISLstart(); writeISL1208(ISLrd); GetACK(); reg=readISL1208(); /*读就寄存器值*/ OutACK(); ISLstop(); return (reg); unsigned char readISL1208() unsigned char i,k=0; ISLSDA=1; for(i=0;i8;i+) ISLSCL=1; k=k*2; if(ISLSDA=1) k=k+1; ISLSCL=0; return (k); void writeISL1208(unsigned char datas) unsigned char data i; ISLSCL=0; for(i=0;i8;i+) ISLSDA=(bit)(datas&0x80); datas=datas1; sdelay(); ISLSCL=1; sdelay(); ISLSCL=0; void int0() interrupt 0 using 1 /*外部中断0处理函数*/ unsigned char temp=0,reg;/*单报警模式，5秒/次报警时间算法*/ alarm=(alarm+5)%60; temp=alarm/10; temp=4; temp=(temp+alarm%10)|0x80;/*读状态寄存器清除报警标志*/ reg=readREG(0x07);/*写报警寄存器,确定下次报警时间*/ writeREG(0x0c,temp); 4.3 后背电容器的使用 具体电路结构如图3。电容器的大小通过计算得出：若后背电容供电时间为两个月且Vcc=5.0V，Vbat电压从4.7V下降到1.8V（时钟最低工作电压）。假定二极管漏电流ILKG很小并可忽略。则电容充电/放电方程为：IBAT=CBAT*dV/dT，整理后得后备供电时间：dT=CBAT*dV/ IBAT。由于IBAT随VBAT基本上呈线性变化，这样IBAT可近似取两点之间的平均值。IBAT与VBAT之间的典型线性关系方程式为：IBAT=1.031E-7* VBAT +1.036E-7 A若已给出两点电压，则平均电流IBATAVG=5.155E-8*（VBAT2+VBAT1）+1.036E-7 A结合以上方程整理后得后备供电时间TBACKUP=CBAT*（VBAT2 VBAT1）/IBATAVG s将上述方程改写为：CBAT=TBACKUP* IBATAVG /（VBAT2 VBAT1）其中：TBACKUP=60天*86400秒/天=5.18E6 s，IBATAVG=4.387E -7 A，VBAT2=4.7V，VBAT1=1.8V.则CBAT=5.18E6* 4.387E-7 / 2.9 =0.784 F，如果要包括30%的容度，则最坏情况下的电容值应为CBAT=1.3*0.784=1.02 F.5. 小结 ISL1208是一种小巧（SOIC封装）、低功耗、低成本的实时时钟芯片，集时钟、日历、RAM、电源故障检测、报警功能由于一身，硬件结构简单、编成简便、精度高，在多功能电表、HVAC设备、音频/视频元件、寻呼机/PDA、家用电器及其它工业/医疗/汽车电子产品中都有十分广泛的应用前景。参考文献1. INTERSIL I2C Real Time Clock/Calendar ISL1208 Data Sheet. October 29，2004.2.徐爱钧，彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计. 电子工业出版社，1998年6月.3.张道明，郝继飞. 基于MATLAB的MCU串行通信. 信