低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路ISL1208的功能特點(diǎn)及應(yīng)用分析

1 功能和特性簡介

ISL1208是Intersil公司的一款低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路，為用戶提供了 2個(gè)字節(jié)的靜態(tài)存儲器。它要求外置一個(gè)32.768 kHz的晶體振蕩器以提供振蕩源；提供I2C總線接口以方便與微處理器通信，最高傳輸速率達(dá)400 kHz。專用的寄存器用于寄存時(shí)、分、秒、年、月、日和星期。日歷的有效范圍值為2000～2099年，且能自動識別閏年。

與其他類型的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路相比，ISL1208的突出優(yōu)點(diǎn)在于：

①頻率補(bǔ)償功能。晶振頻率的準(zhǔn)確性關(guān)系到整個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，20 ppm的頻率誤差在一個(gè)月內(nèi)將會累計(jì)產(chǎn)生1 min的誤差。晶體振蕩器在不同的環(huán)境溫度下均會產(chǎn)生頻率漂移，為此必須根據(jù)不同的環(huán)境溫度對實(shí)際工作頻率進(jìn)行補(bǔ)償以確保振蕩信號的準(zhǔn)確性。ISL1208采用數(shù)字式的電容容量調(diào)整方式，對晶振頻率進(jìn)行修正，修正范圍達(dá)-94～+140 ppm。

②備用電源自動切換功能。無需增加額外的元器件就可以在正常工作電源與備用電源之間進(jìn)行切換。備用電源可以是可充電電池，也可以是大容量電容。

③超低功耗。ISL1208在5 V供電下的典型工作電流僅為2μA，一個(gè)0.47 F的電容可以維持其正常工作一個(gè)月的時(shí)間。

X1和X2為內(nèi)部反相放大器的輸入和輸出引腳。外置的32.768 kHz晶體振蕩器連接到X1和X2，以產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本振蕩信號。VBAT為備用電源提供端，當(dāng)VDD電源失效時(shí)，VRAT端的備用電源立即生效；在外部供電中斷的情況下，內(nèi)部的時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路依舊可以正常工作。SDA和SCL為連接到I2C總線的兩個(gè)引腳。SDA是開漏輸出結(jié)構(gòu)，可雙向輸入和輸出，用于傳輸串行數(shù)據(jù)信號；SCL為I2C總線上的時(shí)鐘信號線。IRQ／FOUT是一個(gè)多功能引腳，通過對配置寄存器的設(shè)定，可以定義其為中斷輸出或固定頻率輸出端。VDD和GND分別為電源端和地，ISL1208的工作電壓為2.0～5.5 V。

2 寄存器描述

ISL1208在I2C總線上的器件地址為1101111X，器件內(nèi)共有20個(gè)子地址分別對應(yīng)于20個(gè)寄存器。實(shí)時(shí)時(shí)鐘占用00h～06h，控制與狀態(tài)寄存器占用07h～OBh，報(bào)警寄存器占用0Ch～11h，用戶SRAM占用12h和13h。任何一個(gè)寄存器的內(nèi)容既可以讀，也可以寫；可以采用單字節(jié)讀寫，也可以采用頁地址讀寫。在對實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器進(jìn)行寫之前，要確保狀態(tài)寄存器的WRTC位置1。以頁為單位讀寫時(shí)，一次不能超過一個(gè)區(qū)段，例如連續(xù)讀了7個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘寄存器之后，不能繼續(xù)讀控制與狀態(tài)寄存器。表1列出了實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器、控制與狀態(tài)寄存器的地址和內(nèi)容。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘的數(shù)字形式為BCD碼，例如26日，在03h單元中的數(shù)值為26h。在06h單元中，星期日對應(yīng)于數(shù)值00h，星期一到星期六對應(yīng)于01h～06h。在02h單元中，如果MIL位為1，則表示02h單元保存的小時(shí)數(shù)值為24小時(shí)制；如果為0，則表示為12小時(shí)制，此時(shí)HR21為上／下午的標(biāo)志位，1代表下午，0代表上午。

3 接口技術(shù)

ISL1208與單片機(jī)的典型接口電路。單片機(jī)采用Winbond公司的78E58，它在I2C總線上為主器件，ISL1208和LM75A為從器件。P10和P11腳分別模擬I2C總線的SDA和SCL。LM75A是I2C總線的數(shù)字溫度傳感器，在此實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的應(yīng)用中并非是必需的。在需要根據(jù)環(huán)境溫度對晶振頻率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膱龊希瑒t需要一個(gè)溫度傳感器來檢測環(huán)境溫度。

SDA和SCL必須對電源有上拉電阻。當(dāng)外部電源供電正常時(shí)，主電源+5 V通過二極管D1對電容C1進(jìn)行充電。當(dāng)主電源電壓比后備電源的電壓至少低50 mV且主電源電壓低于2.2 V時(shí)，后備電源開始向ISL1208供電。將ISL1208的IRQ／FOUT輸出設(shè)定為固定的方波輸出，頻率設(shè)定為1Hz。將該信號連接到單片機(jī)的中斷輸入端INT1，每產(chǎn)生一次中斷表明實(shí)時(shí)時(shí)鐘刷新了一次，中斷周期為1 s。

4 接口軟件

ISL1208完全符合I2C總線的通信規(guī)范。Winbond 78E58沒有I2C接口，因此用普通的I／O口采用軟件的方式模擬I2C通信。在此應(yīng)用中它是主器件，由它發(fā)起總線傳輸并提供時(shí)鐘信號。在任何應(yīng)用場合，ISL1208始終是從器件。

5 注意事項(xiàng)

①在過高或過低的環(huán)境溫度下，需要對振蕩器的頻率進(jìn)行補(bǔ)償。一般情況下，晶振頻率在28℃時(shí)的頻率偏差為0，高于或低于該溫度均會產(chǎn)生頻率漂移。漂移的程度與（實(shí)際溫度-28℃）2成正比。例如在50℃和0℃情況下，頻率漂移均約為-20 ppm。因此在要求高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘的應(yīng)用場合，必須要對因溫度產(chǎn)生的頻率漂移進(jìn)行修正。修正的方法是，根據(jù)實(shí)際溫度與28℃的差值大小設(shè)定ATR和DTR的值，這兩個(gè)寄存器可以共同提供-94～+140 ppm的修正范圍。

②抗干擾設(shè)計(jì)。任何竄入到振蕩電路中的噪聲信號都無疑對計(jì)時(shí)電路的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的印刷線路板時(shí)必須采取一定的預(yù)防措施：一是晶振的位置要遠(yuǎn)離任何有高速數(shù)據(jù)通過的串行或并行總線，高速數(shù)據(jù)傳輸會在振蕩電路上產(chǎn)生感應(yīng)信號；二是在晶振的周圍布一條不封閉的地線，地線的一端連接到ISL1208的地線，地線可以有效地阻擋外部的噪聲；三是在晶振以及ISL1208所在位置的電路板的背面不要鋪設(shè)地線，以免形成電容影響晶振頻率的準(zhǔn)確性；四是如果IRQ／FOUT用作不間斷的方波信號輸出，則該輸出線要遠(yuǎn)離集成電路本身。

結(jié) 語

ISL1208是體積小、功耗低、功能齊全且與單片機(jī)接口方便的實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路，其頻率補(bǔ)償功能為精確計(jì)時(shí)提供了前提條件，因此特別適合應(yīng)用在儀器儀表、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機(jī)、移動電話、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)以及工業(yè)控制設(shè)備中。

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