高精度时钟芯片SD2001E及其应用

【本文由PB创新网为您整理】
摘要：介绍一种内置晶振、充电电池、串行NVRAM的高精度和免调校实时时钟芯片SD2001E。由该芯片构成的时钟电路具有精度高、外围电路和接口电路简单的特点。文中详细描述芯片的主要特性、引脚说明及其工作原理，给出在嵌入式系统中的应用方法、硬件接口电路及应用程序。

    关键词：SD2001E 实时时钟 单片机

实时时钟电路在以单片机为核心构成的智能仪器仪表、测控系统、工业控制等领域有着广泛的应用，但现有的时钟电路存在着外围电路（如需外接晶振、电池）和接口电路（并行接口）复杂、功能单一等缺点。SD2001E则是在内部集成了实时时钟电路、串行非易失性SRAM、可充电电池、晶振及电池管理电路的新型实时时钟芯片。该芯片与单片机的接口电路采用工业标准I2C总线，从而简化了接口电路设计。利用该芯片无需扩展任何外围元件，即可构成一个高精度实时时钟及具有256Kb非易失性SRAM的数据存储电路。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

1 主要特性及引脚说明

SD2001E时钟芯片的主要特性如下：

*年、月、日、星期、时、分、秒的BCD码输入/输出；

*I2C总线接口（包括实时时钟部分和SRAM部分）；

*自动日历到2099年（包括闰年自动换算功能）；

*内置晶振，出厂前已对时钟进行校准，保证精度为±4×10 -6，即时钟年误差小于2min；

*低功耗，典型值为1.0μA（VDD=3.5V）；

*工作电压为3.0～5.5V（其中NVRAM在4.5～5.5V工作）；

*可设置的两路闹钟输出及32 768Hz～1Hz的方波信号输出；

*可设置的每分钟固定中断输出或选定频率固定中断输出；

*内置充电电路和充电电池，充满一次可保持内部时钟走时时间超过1年以上，可满充电次数达200次；

*内置电源管理电路，当VDD≥3.0V，内部电池不耗电；

*内置稳定电路及电池掉电检测电路；

*内置256Kb的非易失性SRAM，其擦写次数为100亿次，且没有内部写延时。

SD2001E采用24脚DIP封装形式。各引脚的功能如表1所列，其外形及引脚排列如图1所示。

表1 SD2001E引脚说明

引脚号	标  廖	功    能	特  征
3	TEST	测试	内部电池电压检测
4	ON/OFF	打开/关闭SRAM，接低电平为打开SRAM，接高电平时关闭	此功能引脚主要用来降低芯片整体功耗
10～12	GND	接地
13	SCL	串行时钟输入脚	CMOS输入（与VDD间无保护二极管）
14	VOUT	3.3V稳压输出脚，当VDD≥3.4V时有效	可供电流≤30mA，电压精度3.3（1±0.02）V
15	SDA	串行数据输入/输出脚	N沟道开路输出（与VDD间无保护二极管）CMOS输入
1、2、22 16～18、5～9	NC	空引脚
19	INT1	报警中断1输出脚，根据中断寄存器与状态寄存器来设置其工作的模式，当定时时间到达时输出低电平或时钟信号。它可通过重写状态寄存器来禁止	N沟道开路输出（与VDD端之间无保护二极管）
20	SDAE	SRAM串行数据输入/输出脚	开路输出
21	SCLE	SRAM串行数据时钟脚	CMOS输入
23	INT2	报警中断2输出脚，同INT1
24	VDD	正电源

2 工作原理

SD2001E内部包括实时时钟与NVRAM两部分，内部原理框图如图2所示。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    2.1 实时时钟

SD2001E实时时钟是基于I2C总线的器件，故对该器件的操作必须严格遵守总线时序。当CPU发出起始条件，建立与实时时钟连接后，CPU通过SDA总线连续输出4位器件地址、3位操作指令和1位读/写指令，其格式如下：

DB7	DB6	DB5	DB5	DB3	DB2	DB1	DB0
0	1	1	0	C2	C1	C0	R/W

实时时钟器件的地址固定为“0110”，接下来的3位操作指令构成了对实时时钟部分的8条操作指令，具体指令含义如表2所列。

表2 SD2001E实时时钟指令表

C2	C1	C0	操    作	ACK数目
0	0	0	复位00（年），01（月）有，01（天），0（星期）00（分），00（秒）	1
0	0	1	状态寄存器存取	2
0	1	0	实时数据1（从年数据开始）存取	8
0	1	1	实时数据2（从小时数据开始）存取	4
1	0	0	频率事件设置1（INT1脚）	3
1	0	1	频率事件2（INT1脚）	3
1	1	0	测试模式开始	1
1	1	1	测试模式结束	1

CPU通过发送不同操作指令，选择相应的寄存器从而完成相应的操作功能。SD2001E实时时钟部分共包括4个寄存器，分别分别如下：

（1）实时数据寄存器

实时数据寄存器是一个56位的存储器。它以BCD码方式存储，包括年、月、日、星期、时、分、秒的数据，数据格式如图3所示。任何读/写操作或实时数据存取命令都通过发送或接收年数据的第一位“LBS”执行的。

*年数据（00～99）：设置最后两位数字（00～99），通过自动日历功能计至2099年。

*月数据（01～12）：每月包含天数通过自动日历功能来更改。1、3、5、7、8、10、12为1～31；4、6、9、11为1～30；2（闰年）为1～29；2（普通）为1～28。

*天数（01～31）。

*星期数据（00～06）：七进制计数器，对应于星期内每一天来设置。

*小时数据（00～23或00～11）：12小时进制，0为AM，1为PM；对于24小时进制，这一位没有意义，但必须设置为“0”或“1”。

*分数据（00～59）。

*秒数据（00～59）与测试标志。

*TEST：在测试模式变为“1”。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    （2）状态寄存器

状态寄存器是一个8位寄存器。该寄存器用来显示和设置实时时钟的工作模式，状态寄存器格式如下。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
    Power：电源标志位，为只读位。

12/24：设置12小时制或24小时制：0为12小时制；1为24小时制。

INT1AE：设置从INT1脚输出的报警中断的状态。设定报警时间并设此位为“1”时INT1寄存器开始有效，0：报警中断输出禁止；1：报警中断输出允许。

INT1ME：确定INT1脚的输出为每分钟边沿中断或每分钟固定中断。为了设为每分钟固定中断输出，应将INT1ME和INT1FE置1。0：报警中断或可选的频率的固定中断输出；1：每分钟边沿中断或每分钟固定中断输出。

INT1FE：设定INT1脚的输出为每分钟固定中断（周期1分钟，占空比50%）或选定频率的固定中断。如果选定频率固定中断输出被允许时，INT1寄存器被认为是频率/事件的数据，0：报警中断或每分钟边沿中断输出；1：每分钟固定中断输出或选定频率固定中断输出。

INT2AE、INT2ME、INT2FE位用于设置从INT2脚输出的报警中断的状态，各位含义同上。

（3）两组报警时间/频率事件设置寄存器

有两组16位报警时间/频率事件设置寄存器，用于设置报警时间或频率事件，由INTxAE与INTxFE控制。设定的AM/PM标志位必须同12小时制或24小时制相对应，否则，设定的小时数将与报警数据不匹配。该寄存器为只写寄存器（x:1或2）。
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
   

[1] [2]  下一页