DS3231時鐘芯片結構 - ds3231時鐘模塊怎么用_DS3231的操作與使用

DS3231時鐘芯片結構

如下圖1所示，DS3231的主要組成部分有8個模塊，劃分為4個功能組：TCXO、電源控制、按鈕復位和RTC。

1. 32 kHz的TCXO

TCXO包括溫度傳感器、振蕩器和控制邏輯。控制器讀取片上溫度傳感器輸出，使用查表法確定所需的電容，加上AGE寄存器的老化修正。然后設置電容選擇寄存器。僅在溫度變化或者用戶啟動的溫度轉換完成時，才加載包括AGE寄存器變化的新值。VCC初次上電時就會讀取溫度值，然后每隔64 s讀取一次。

2. DS3231的內(nèi)部寄存器及功能

DS3231寄存器地址為00h～12h，分別用于存放秒、分、時、星期、日期及鬧鐘設置信息。在多字節(jié)訪問期間，如果地址達到RAM空間的結尾12h處，將發(fā)生卷繞，此時定位到開始位置即00h單元。DS3231的時間和日歷信息通過讀取相應的寄存器來設置和初始化。用戶輔助緩沖區(qū)用于防止內(nèi)部寄存器更新時可能出現(xiàn)的錯誤。讀取時間和日歷寄存器時，用戶緩沖區(qū)在任何START條件下或者寄存器指針返回到零時與內(nèi)部寄存器同步。時間信息從這些輔助寄存器讀取，此時時鐘繼續(xù)保持運行狀態(tài)。這樣在讀操作期間發(fā)生主寄存器更新時可以避免重新讀取寄存器。以控制寄存器（地址為0EH）為例，可以控制實時時鐘、鬧鐘和方波輸出。其各bit定義如下表。

BIT7位：使能振蕩器（EOEC）。設定為邏輯0時，啟動振蕩器。如果設定為邏輯1，在DS3231電源切換至VBAT時，振蕩器停止。初次上電時該位清零 （邏輯0） 。當DS3231由VCC供電時，振蕩器與EOSC位的狀態(tài)無關，始終保持工作狀態(tài)。

BIT6位：電池備份的方波使能（BBSOW）。當設定為邏輯1并且DS3231由VBAT引腳供電時，在沒有加載VCC的情況下，該位使能方波輸出。當BB-SQW設定為邏輯0時，若VCC降至低于電源故障門限值，則INT／SQW引腳變?yōu)楦咦杩?。初次上電時，該位清零（邏輯0）。

BIT5位：轉換溫度（CONV）。該位置為1時，強制溫度傳感器將溫度轉換成數(shù)字，并執(zhí)行TCXO算法更新振蕩器的電容陣列。只在空閑期間有效。狀態(tài)位BSY=1時，禁止設定轉換溫度位。用戶在強制控制器開始新的TCXO操作之前。應檢查狀態(tài)位BSY。用戶啟動的溫度轉換不影響內(nèi)部64 s更新周期。用戶啟動的溫度轉換在大約2 ms內(nèi)不會影響B(tài)SY位。CONV位從寫入開始直到轉換完成一直保持為1，轉換完后，CONV和BSY均變?yōu)?。在監(jiān)視用戶啟動轉換狀態(tài)時，應使用CONV位。

BIT4和BIT3位：頻率選擇（RS2和RS1），初次上電時，BIT4和BIT3設置為邏輯1。方波使能時用于控制方波輸出的頻率。RS1、RS2的邏輯值與方波輸出頻率的關系如表2所列。

BIT2位：中斷控制（INTCN）。該位控制INT／SQW信號。INTCN置為0時，INT／SQW引腳輸出方波；INTCN置為1時，若計時寄存器與任一個鬧鐘寄存器相匹配，則會觸發(fā)INT／SQW信號（如果也使能鬧鐘的話）。匹配時相應的鬧鐘標志總是置位，而與INTCN位的狀態(tài)無關。初次上電時，INTCN位置為邏輯1。

BIT1位：鬧鐘2中斷使能（A2IE）。該位置為邏輯1時，允許狀態(tài)寄存器中的鬧鐘2標志位（A2F）觸發(fā)INT／SQW信號（當INTCN=1時）。當A2IE位置為0或者INTCN置為0時，A2F位不啟動中斷信號。初次上電時，A2IE位清零（邏輯0）。

BIT0位：鬧鐘1中斷使能（A1IE）。該位置為邏輯1時，允許狀態(tài)寄存器中的鬧鐘1標志位（A1F）觸發(fā)INT／SQW信號（當INTCN=1時）。當A1IE位置為0或者INTCN置為0時，A1F位不啟動INT／SQW信號。初次上電時，A1IE位清零（邏輯0）。

3. DS3231的電源控制

電源控制功能由溫度補償電壓基準（VPF）和監(jiān)視VCC電平的比較器電路提供。當VCC高于VPF時，DS3231由VCC供電，當VCC低于VPF但高于VBAT時，DS3231由VCC供電；當VCC低于VPF并低于VBAT時，DS3231由VBAT供電。為保護電池，VBAT首次加到器件時振蕩器并不啟動，除非加載VCC，或者向器件寫入一個有效的I2C地址。典型的振蕩器啟動時間在1 s以內(nèi)。在VCC加電后或者有效的I2C地址寫入后大約2 s，器件會測量一次溫度，并使用計算的修正值校準振蕩器。一旦振蕩器運行，只要電源（VCC或者VBAT）有效就會一直保持工作狀態(tài)。器件每隔64 s進行一次溫度測量并校準振蕩器頻率。

4. DS3231的時鐘和日歷RTC

可以通過讀取適當?shù)募拇嫫髯止?jié)獲得時鐘和日歷信息。通過寫入適當?shù)募拇嫫髯止?jié)設定或者初始化時鐘和日歷數(shù)據(jù)。時鐘和日歷寄存器的內(nèi)容采用二-十進制編碼（BCD）格式。DS3231運行于12小時或者24小時模式。小時寄存器的第6位定義為12或24小時模式選擇位。該位為高時，選擇12小時模式。在12小時模式下，第5位為AM／PM指示位，邏輯高時為PM。

5. DS3231的復位按鈕

DS3231具有連接至RST輸出引腳的按鈕開關功能。若DS3231不在復位周期，會持續(xù)監(jiān)視RST信號的下降沿。如果檢測到一個邊沿轉換，DS3231通過拉低RST完成開關去抖。內(nèi)部定時器定時結束后，DS3231繼續(xù)監(jiān)視RST信號。如果信號依舊保持低電平，DS3231持續(xù)監(jiān)視信號線以檢測上升沿。一旦檢測到按鈕釋放，DS3231強制RST為低電平并保持tRST。RST還可用于指示電源故障報警情況。當VCC低于VPF時，產(chǎn)生內(nèi)部電源故障報警信號，并強制拉低RST引腳。當VCC返回至超過VPF電平時。RST保持低電平大約250 ms（tREC），使供電電源達到穩(wěn)定。如果在VCC加載時，振蕩器不工作，將跳過tREC，RST立刻變?yōu)楦唠娖健?/p>

6. DS3231的鬧鐘和報警功能

DS3231包含2個定時／日期鬧鐘。鬧鐘1可通過寫入寄存器07h～0Ah設定。鬧鐘2可通過寫入寄存器0Bh～0Dh設定。可對鬧鐘進行編程（通過控制寄存器的鬧鐘使能位和INTCN位），從而在鬧鐘匹配條件下觸發(fā)INT／SQW輸出。每個定時／日期鬧鐘寄存器的第7位是屏蔽位。當每個鬧鐘的屏蔽位均為邏輯0時，只有當計時寄存器中的值與存儲于定時／日期鬧鐘寄存器中的對應值相匹配時才會告警。鬧鐘也可以編程為每秒、分、時、星期或日期重復告警。當RTC寄存器值與鬧鐘寄存器的設定值相匹配時，相應的鬧鐘標志位A1F或A2F置為邏輯1。如果對應的鬧鐘中斷使能位A1IE或A2IE也置為邏輯1，并且INTCN位置為邏輯1，鬧鐘條件將會觸發(fā)INT／SQW信號。RTC在時間和日期寄存器每秒更新時都會檢測匹配情況。

7. DS3231的 I2C 總線時序，數(shù)據(jù)交換及其格式及編程注意事項

DS3231在I2C總線上作為從器件。通過執(zhí)行START命令并且在驗證器件地址后才可以訪問。然后寄存器可以被訪問直到執(zhí)行一個STOP命令為止。

所有在I2C總線上傳輸?shù)牡刂钒L度均為9位，它包括7個地址位，1個R／W控制位和1個應答位ACK，如果R／W為1，則執(zhí)行讀操作；如果R／W為0，則執(zhí)行寫操作。從機尋址后，必須在第9個SCL（ACK）周期通過拉低SDA做出應答，若從機忙或者無法響應主機，則應在ACK周期內(nèi)保持SDA為高。然后主機發(fā)出STOP狀態(tài)或者REP START狀態(tài)重新開始發(fā)送。地址包包括從機地址和稱為SLA+R或者SLA+W的READ或者WRITE位。地址字節(jié)的MSB首先被發(fā)送。所有1111xxxx的地址均保留。以便將來使用。

所有在I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)包長度均為9位，它包括8個數(shù)據(jù)位和1個應答位。在數(shù)據(jù)傳送中，主機產(chǎn)生時鐘及START與STOP狀態(tài)，而接收器響應接收。應答是由ACK在第9個SCL周期拉低SDA實現(xiàn)的。如果接收器拉高SDA，則發(fā)送NACK信號。如果接收器由于某種原因不能接收更多數(shù)據(jù)，應在最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)出NACK信號告訴發(fā)送器停止發(fā)送，首先發(fā)送數(shù)據(jù)的MSB。

下圖為DS3231與MCUI2C總線數(shù)據(jù)交換時序：

DS3231通過雙向數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL與外界進行數(shù)據(jù)交換，從其時序關系可看出，DS3231有兩種操作方式：

寫操作：把SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)按RAM指定的首地址（Word Address）依次寫入N個字節(jié)數(shù)據(jù)。主器件首先傳輸從器件的地址字節(jié)，緊跟著是一系列數(shù)據(jù)字節(jié)。從器件每收到一個字節(jié)后返回一個應答位ACK。其格式下圖所示。

上述讀寫操作信號中：S為起始信號（START），1101 000為DS3231的口地址，A為應答信號ACK，A為非應答信號NACK，P為停止信號（STOP）。主器件產(chǎn)生所有的串行時鐘和START、STOP條件，通過傳輸STOP和重發(fā)START條件使其停止。

DS3231與AT89C2051單片機的接口電路

其實，可以使用AT89C2051單片機的任何兩個I/O口與DS3231相連接，復位部分也可取消。編程時需認真分析DS3231的時序，哪怕一個應答位的編程時序錯誤，也不能正確讀寫DS3231。同時需注意，因為C51單片機的特點，在將SDA拉低后（此時為輸出口），如果下一步是當做輸入口，結束任務后應將此端口拉高，否則DS3231的輸出不能使該輸出口置1。