實(shí)時時鐘ISL1208原理與應(yīng)用

1.引言

INTERSIL公司推出的ISL1208是一種I2C接口、低成本、低功耗實(shí)時時鐘，它帶有定時與晶體補(bǔ)償、時鐘/日歷、電源失效指示器、周期或輪詢報(bào)警、智能后備電池切換和后備電池供電的SRAM等功能。振蕩器采用外部低成本32.768KHz晶振，日歷可精確到2099 年，閏年自動修正。其強(qiáng)大的報(bào)警功能，可被設(shè)置成任意時間點(diǎn)報(bào)警或固定頻率輸出。若采用3.0V/3.6V鋰電池供電，供電電流僅為400nA，最多可持續(xù)供電長達(dá)10年。另外，后備電源輸入引腳Vbat還允許斷電時使用大容量后備電容供電以保證正常工作幾個月左右。

2. ISL1208簡介

ISL1208引腳如圖1所示：

其中：引腳X1、X2接外部晶振輸入端，可直接以32. 768kHz的晶體源驅(qū)動；Vbat接后備電源/電容，該引腳不用時接地；SDA為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端；SCL為串行時鐘輸入端；IRQ/Fout為中斷 /頻率輸出端，可用作中斷/頻率輸出；Vdd和GND為電源和接地端。

3. ISL1208內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理

ISL1208內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2。由圖可知，ISL1208主要包括：I2C接口控制單元、實(shí)時時鐘控制邏輯、時鐘分頻器、電源管理單元和寄存器單元。其中寄存器單元被分成四段：實(shí)時時鐘、控制與狀態(tài)、報(bào)警寄存器和用戶SRAM；這四段寄存器各自含有不同的功能：實(shí)時時鐘和報(bào)警寄存器用于寫入/讀出時間值和報(bào)警值，其寫入形式為BCD碼；控制與狀態(tài)寄存器可完成對其他寄存器讀寫控制、報(bào)警與頻率輸出控制、模擬與數(shù)字微調(diào)控制等功能，其存儲映射圖如表1。

控制與狀態(tài)寄存器（Control and Status）

控制與狀態(tài)寄存器包括狀態(tài)寄存器、中斷與報(bào)警寄存器、模擬微調(diào)與數(shù)字微調(diào)寄存器。

狀態(tài)寄存器（SR）：用來控制RTC失效、電池模式、報(bào)警觸發(fā)、時鐘計(jì)數(shù)器寫保護(hù)、晶體振蕩器使能以及狀態(tài)位的自動復(fù)位或者提供相應(yīng)的狀態(tài)信息。在時鐘上電時，需將寫RTC使能位WRTC置“1”，以便啟動時鐘計(jì)數(shù)。

中斷控制寄存器（INT）：主要用于控制時鐘的周期性和單事件報(bào)警。其中頻率輸出控制位FO3－FO0使能/禁止頻率輸出功能，并選擇IRQ/FOUT引腳的輸出頻率（2-5Hz－215Hz）。在頻率模式被激活時它將覆蓋IRQ/FOUT引腳上的報(bào)警模式。報(bào)警使能位ALME使能/禁止報(bào)警功能，中斷/報(bào)警模式位IM使能單周期定時事件（IM＝0）/周期定時事件（IM＝1）。

模擬微調(diào)寄存器（ATR）：ATR0至ATR5為六位模擬微調(diào)位，可調(diào)整片內(nèi)負(fù)載電容（CX1、CX2）的值，這一電容值用于RTC的頻率補(bǔ)償，其每一位都有不同的電容調(diào)節(jié)比重。有效的片內(nèi)串聯(lián)負(fù)載電容CLOAD 的范圍從4.5pF至20.25pF，中間值為12.5pF（默認(rèn)）。CLOAD可通過X1/X2引腳之間兩個數(shù)字控制電容器CX1和CX2調(diào)節(jié)。

數(shù)字微調(diào)寄存器（DTR）：數(shù)字微調(diào)位DTR0、DTR1和DTR2用來調(diào)整每秒鐘的平均計(jì)數(shù)值和平均誤差以獲取更好的精度。其中DTR2為符號位（DTR2=0頻率補(bǔ)償>0，DTR2=1頻率補(bǔ)償0），DTR1和DTR0為刻度位：DTR1提供40ppm 調(diào)整，DTR0提供20ppm調(diào)整。用以上三位可以表示－60ppm至+60ppm的補(bǔ)償范圍。

4. 應(yīng)用舉例

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

ISL1208具有I2C接口，使其便于與各類處理器連接且硬件結(jié)構(gòu)十分簡單，傳輸速率最高可達(dá)400Hz。硬件結(jié)構(gòu)如圖 3。其中時鐘輸入口SCL、數(shù)據(jù)輸入輸出口SDA分別與AT89C51的P1.6、P1.7腿相連，中斷輸出口IRQ/Fout接外部中斷INT0。 AT89C51通過RS232口與計(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)時時鐘產(chǎn)生控制。Vbat引腳接后備電容器。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

由于ISL1208為I2C接口，因此其接口協(xié)議也滿足I2C規(guī)范，這里不再累述。需要提到一點(diǎn)是：在每次訪問寄存器時，應(yīng)先輸入一個有效的辨識字節(jié)。該字節(jié)高7位（1101111）為器件辨識符。辨識字節(jié)的最后一位定義進(jìn)行讀/寫操作，當(dāng)其為“1”時選擇讀，為“0”時選擇寫。圖4為ISL1208讀/寫時序圖。

對于ISL1208來說，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以很容易的實(shí)現(xiàn)2nHz中斷輸出和每分、每天至每年一次報(bào)警，但要求具體幾分鐘、幾小時報(bào)警一次還需在程序的編制上要比較注意。以下程序?yàn)橥ㄟ^計(jì)算機(jī)、單片機(jī)來控制ISL1208每5秒鐘產(chǎn)生一次中斷程序，上位機(jī)程序由MATLAB編寫[4]，單片機(jī)程序由C語言編寫，由于篇幅有限僅列出部分單片機(jī)程序：