采用DS3231設計的高精度時(shí)鐘接口

采用DS3231設計的高精度時(shí)鐘接口

DS3231是Maxim／Dallas公司生產(chǎn)的一款低成本、超高精度的I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，該器件不僅能夠在一定溫度范同內提供優(yōu)于±2 min／a的計時(shí)精度，而且省去制造過(guò)程中晶體安裝和布線(xiàn)校準工序。這里給出一種基于DS323l的高精度時(shí)鐘接口設計方案。

DS3231中文資料:http://www.qd573.com/soft/78/223/2008/200804142956.html ?ds3231 pdf:http://www.qd573.com/soft/39/2008/200804142955.html

1 硬件設計

1．1 DS3231器件

DS323l是低成本，高精度I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，具有集成的溫補晶體振蕩器(TCXO)和1個(gè)32．768 kHz的晶體。該晶體包含電池輸入端，斷開(kāi)主電源仍可保持精確計時(shí)。集成晶體振蕩器可提高器件的長(cháng)期精確度，并減少生產(chǎn)的元件數。DS3231提供商級和工業(yè)級溫度范圍，采用16引腳、300 mil的SO封裝。RTC保持秒、分、時(shí)、星期、日期、月和年信息。當遇到少于31天的月份，將自動(dòng)調整月末日期，包括閏年補償。時(shí)鐘的工作格式可以是24小時(shí)或帶-AM／PM指示的12小時(shí)格式。提供2個(gè)可編程日歷鬧鐘和l路可編程方波輸出。地址與數據通過(guò)I2C雙向串行傳輸。通過(guò)精密的、經(jīng)過(guò)溫度補償的電壓基準和比較器來(lái)監視VCC狀態(tài)，檢測電源故障，提供復位輸出，并在必要時(shí)自動(dòng)切換到備用電源。另外，監視引腳可作為手動(dòng)按鈕輸入。以產(chǎn)生外部復位信號。

DS323l的引腳功能說(shuō)明如下：32 kHz是32 kHz頻率輸出；VCC用于主電源的DC引腳；為低電平有效中斷或方波輸出：是低電平有效復位引腳；N．C．表示無(wú)連接，外部必須接地；GND為地；VBAT為備用電源輸入；SDA為串行數據輸入、輸出；SCL為串行時(shí)鐘輸入。

1．2硬件接口設計

圖1為DS323l時(shí)鐘與微控制器連接的典型接口電路。



微控制器通過(guò)I2C總線(xiàn)與DS3231連接，DS3231的與微控制器的相連。DS3231的VCC接系統電源VCC，VBAT為備用電池輸入，該引腳應連接一個(gè)低泄漏電容進(jìn)行去耦。為低電平有效中斷或方波輸出，該漏極開(kāi)路輸出要求外接上拉電阻，如果不使用，可保持開(kāi)路。微控制器主要通過(guò)I2C總線(xiàn)向時(shí)鐘芯片DS323l寫(xiě)時(shí)間信息，DS323l以寫(xiě)入的時(shí)間信息為基準精確走時(shí)。上電后，微控制器從時(shí)鐘芯片讀取時(shí)間信息并存入內存供系統使用，器件每隔64 s測量一次溫度，通過(guò)調節晶體的負載電容，使其在指定溫度達到O ppm的精度，最終達到提高時(shí)鐘精度的目的。即使系統斷電一段時(shí)間后重新上電，時(shí)鐘芯片內的實(shí)時(shí)數據仍能被正確讀出。

2 軟件接口程序設計

DS323l采用I2C總線(xiàn)與系統微控制器進(jìn)行通信，I2C總線(xiàn)是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設備，由于接口直接在組件之上，因此I2C總線(xiàn)占用空間少。減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯(lián)成本。它支持多主控，任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線(xiàn)。一個(gè)主控能夠控制信號的傳輸和時(shí)鐘頻率。

I2C總線(xiàn)通過(guò)兩根連線(xiàn)(串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL和雙向傳送SDA)實(shí)現半雙工同步數據傳輸，確保兩器件之間地址和數據信息的雙向傳輸。它采用器件地址的硬件設置方法(即每個(gè)器件具有一個(gè)確定的ID)，通過(guò)軟件尋址，從而避免器件的片選信號線(xiàn)尋址，使硬件系統擴展靈活簡(jiǎn)便。為保證通信正常，必須保證I2C總線(xiàn)上的數據能夠順利傳送。在數據開(kāi)始傳送前，首先讓I2C接口進(jìn)行初始化。圖2為I2C總線(xiàn)初始化流程。



DS3231的I2C接口的初始化操作可通過(guò)微控制器在總線(xiàn)上發(fā)送一個(gè)有效START條件來(lái)實(shí)現，因為微控制器產(chǎn)生的START信號能夠終止DS3231的I2C接口當前的數據收、發(fā)過(guò)程，并將該接口置于START條件后的待命狀態(tài)。但要發(fā)送一個(gè)有效的START條件，必須在DS323l釋放SDA數據線(xiàn)時(shí)才能實(shí)現。如果SDA數據線(xiàn)處于低電平狀態(tài)，這時(shí)，可以讓系統微控制器產(chǎn)生一個(gè)附加的SCL脈沖來(lái)迫使DS323l接口送出下一位數據。假設下一位數據仍然為邏輯“0”，就繼續產(chǎn)生附加的SCL脈沖，經(jīng)過(guò)多個(gè)SCL脈沖后，DS323l就會(huì )釋放SDA數據總線(xiàn)。

完成I2C總線(xiàn)的初始化后，接著(zhù)進(jìn)行控制和狀態(tài)寄存器的初始化設置，確定正確的數據范圍，就可以運行相應的測控程序。

3 結束語(yǔ)

本文首先簡(jiǎn)介DS323l的特點(diǎn)、工作原理及引腳功能，設計了高精度時(shí)鐘器件DS3231與微控制器之間通信的硬件接口與軟件接口，本設計具有一定的通用性，對應用DS3231器件進(jìn)行系統設計有一定的借鑒意義。