隨著科技的迅猛發(fā)展,，一些相應(yīng)的精密儀器也隨之問(wèn)世，這些儀器中通常都需要設(shè)置準(zhǔn)確的時(shí)鐘,，以保證時(shí)段的正確切換,。DS323l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(nèi)提供優(yōu)于±2 min／a的計(jì)時(shí)精度,，而且省去制造過(guò)程中晶體安裝和布線校準(zhǔn)工序。這里給出一種基于DS323l的高精度時(shí)鐘接口設(shè)計(jì)方案,。
1 硬件設(shè)計(jì)
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(bǔ)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(jì)時(shí)。集成晶體振蕩器可提高器件的長(zhǎng)期精確度,，并減少生產(chǎn)的元件數(shù),。DS3231提供商級(jí)和工業(yè)級(jí)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(dāng)遇到少于31天的月份，將自動(dòng)調(diào)整月末日期,，包括閏年補(bǔ)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(shù)據(jù)通過(guò)I2C雙向串行傳輸,。通過(guò)精密的、經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)碾妷夯鶞?zhǔn)和比較器來(lái)監(jiān)視VCC狀態(tài),，檢測(cè)電源故障,，提供復(fù)位輸出，并在必要時(shí)自動(dòng)切換到備用電源。另外,，監(jiān)視引腳可作為手動(dòng)按鈕輸入,。以產(chǎn)生外部復(fù)位信號(hào)。
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(fù)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(shù)據(jù)輸入,、輸出；SCL為串行時(shí)鐘輸入,。
1．2硬件接口設(shè)計(jì)
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總線與DS3231連接，DS3231的與微控制器的相連,。DS3231的VCC接系統(tǒng)電源VCC,，VBAT為備用電池輸入，該引腳應(yīng)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(zhǔn)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(nèi)存供系統(tǒng)使用，器件每隔64 s測(cè)量一次溫度,，通過(guò)調(diào)節(jié)晶體的負(fù)載電容,，使其在指定溫度達(dá)到O ppm的精度，最終達(dá)到提高時(shí)鐘精度的目的,。即使系統(tǒng)斷電一段時(shí)間后重新上電,，時(shí)鐘芯片內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)仍能被正確讀出。
2 軟件接口程序設(shè)計(jì)
DS323l采用I2C總線與系統(tǒng)微控制器進(jìn)行通信,，I2C總線是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線,，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，由于接口直接在組件之上,，因此I2C總線占用空間少。減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)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(shè)備都可以成為主總線。一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率,。
I2C總線通過(guò)兩根連線(串行時(shí)鐘線SCL和雙向傳送SDA)實(shí)現(xiàn)半雙工同步數(shù)據(jù)傳輸,，確保兩器件之間地址和數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸。它采用器件地址的硬件設(shè)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(hào)線尋址，使硬件系統(tǒng)擴(kuò)展靈活簡(jiǎn)便,。為保證通信正常,，必須保證I2C總線上的數(shù)據(jù)能夠順利傳送。在數(shù)據(jù)開(kāi)始傳送前,，首先讓I2C接口進(jìn)行初始化,。圖2為I2C總線初始化流程。
DS3231的I2C接口的初始化操作可通過(guò)微控制器在總線上發(fā)送一個(gè)有效START條件來(lái)實(shí)現(xiàn),，因?yàn)槲⒖刂破鳟a(chǎn)生的START信號(hào)能夠終止DS3231的I2C接口當(dāng)前的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。如果SDA數(shù)據(jù)線處于低電平狀態(tài),，這時(shí),，可以讓系統(tǒng)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(shù)據(jù)。假設(shè)下一位數(shù)據(jù)仍然為邏輯“0”,，就繼續(xù)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(shù)據(jù)總線,。
完成I2C總線的初始化后,，接著進(jìn)行控制和狀態(tài)寄存器的初始化設(shè)置，確定正確的數(shù)據(jù)范圍,，就可以運(yùn)行相應(yīng)的測(cè)控程序,。
3 結(jié)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)具有一定的通用性，對(duì)應(yīng)用DS3231器件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義,。