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1、时钟芯片 DS1302 可靠起振的方法DS1302是Dallas公司生产的一种实时时钟芯片。它通过串行方式与单片机进行数据传送，能够向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息, 并可对月末日期、闰年天数自动进行调整 ;它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚 ,在主电源关闭的情况下 ,也能保持 时钟的连续运行。另外，它还能提供31字节的用于高速数据暂存的RAM鉴于上述特点，DS1302已在许多单片机系统中得到应用 , 为系统提供所需的实时时钟信息。一、DS1302 的主要特性1. 引脚排列图1 DS1302引脚排列图(见附图)DS1302的引脚排列如图1所示，各引脚的功能如下：
2、X1,X232768Hz晶振引脚端； RST 复位端； I/O 数据输入/输岀端；SCL 串行时钟端； GND 地； VCC2,VCC主电源与后备电源引脚端。2. 主要功能 :DS1 302时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器、实时时钟电路以及用于高速暂存的 31 字节 RAM。 DS1 302与单片机系统的数据传送依靠RST,I/O,SCLK 三根端线即可完成。其工作过程可概括为：首先系统RST引脚驱动至高电平，然后在作用于SCLK时钟 脉冲的作用下，通过I/O引脚向DS1302输入地址/命令字节，随后再在SCLK时钟脉冲的配合下， 从 I/O 引脚写入或读岀相应的数据字节。因
3、此 , 其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的。二、时钟的产生及存在的问题(1) 在实际使用中，我们发现DS1302的工作情况不够稳定,主要表现在实时时间的传送有时会岀现误差，有时甚至整个芯片停止工作。我们对DS1302的工作电路进行了分析，其与单片机系统的连接如图 2所示。从图中可以看岀 ,DS1302 的外部电路十分简单 ,惟一外接的元件是 32768Hz 的晶振。通过实验我们发现：当外接晶振电路振荡时,DS1302 计时正确 ; 当外接晶振电路停振时,DS1302计时停止。因此，我们认为32768Hz晶振是造成DS1302工作不稳定的主要原因。图 2 DS1302 与单片机系统的连接图
4、(见附图)(2) DS1302时钟的产生基于外接的晶体振荡器，振荡器的频率为 32768Hz。该晶振通过引脚X1、X2直接连接至 DS1302,即DS1302是依靠外部晶振与其内部的电容配合来产生时钟脉冲的。由于DS1302在芯片本身已经集成了6pF的电容，所以，为了获得稳定可靠的时钟 ，必须选用具有6pF负载电容的晶振。 然而,许多人在选用晶振时仅仅注意了晶振的额定频率值，而忽视了晶振的负载电容大小 , 甚至连许多经销商也不能提供所售晶振的负载电容。所以即使在使用中选用了符 合32768Hz的晶振，但如果该晶振的负载电容与DS1302提供的6pF不一致时，就会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏
5、移 , 岀现上述在应用中的问题。三、利用辅助电容实现负载匹配(1) 当所选的晶振负载电容不是6pF时,可以采用增加辅助电容的方法提高或降低DS1302振荡器的电容性负载，使之与晶体所需的电容值匹配。如果已知晶体的负载电容为CI,若CI6pF,则可以在晶体的一端增加一个串联电容CS,以产生所需的负载电容CI,即1/CI=1/6pF+1/CS,通过计算即可得岀应增加的辅助电容大小。辅助电容的接法如图3所示。图3 CS连接电路图(见附图)(2) 在使用前对晶体的负载电容并不知道的情况下，通过测定晶体振荡频率的方法可以确定该晶体的负载电容。对于晶体振荡器来说，其振荡频率与负载电容之间的关系是确定的。以
6、本文讨论的DS1302使用的32768Hz晶振为例：当它工作于所要求的负载电容时，能较准确地产生32768Hz的频率；当它的负载电容小于 6pF时，其振荡频率会正向偏移；当它的负载电容大于6pF时，其振荡频率就会负向偏移。因此，对于未知负载电容的晶体应首先采用实验的方法，在其两端加入辅助电容使晶体起振，然后用频率计测岀振荡频率。若测得频率大于 32768Hz,说明负载电容偏小；若测得频率小于 32768Hz,说明负载电容偏大。对辅助电容逐步调整，最终使振荡频率尽可能接近32768Hz,则此时晶体端所接负载电容的总和就是适合该晶体的负载电容。附图：Ycc218一1127一1236GND45I I
7、 o T c L / S c c I K V S32LQJ 专9EL蛊smXI12兰Ai詁11 *CsDS1302和超级电容构成的电源备份电路本文将介绍实时时钟DS1302与超级电容的应用实例，有助于设计人员使用超级 电容完成时钟保持、数据保持等电路的设计。-Dallas 半导体公司的DS1302涓流充电时钟芯片是一个可编程 3线串行接口 时钟芯片，可用超级电容或可充电电池备份系统的时间和日期， 还提供31字节的非易失SRAM用于数据存储。由DS1302和超级电容构成的电源 备份电路如图1所示：图一DS1302VCC2VcC1GNDSUPER CAPVDS1302的VCC战主电源，VCC接超级
8、电容正极。针对不同的电源备份系统，如 可充电的镍氢电池、镍镉电池，还有容量不同的超级电容，DS1302专门提供了可编程涓流充电电路，以适应不同的充电电流要求，充电电路如图2所示：BT7BITS 8IT5BIT4BIT3 BIT2BIT tWTB通过设置电路内的DS和RS控制位，可设置不同的最大充电电流IMAX例如控 制字是10100101,则表示选通了一只二极管，同时选通阻值为2kQ的R1, IMAX 计算公式如式1,式中的VDrop是二极管的电压降。IMAX=(VCC2n VDrop)/R n=1,2 表1列出了 IMAX计算值，对应VCC2的值是4.5V、5.0V、5.5V，有1只二极管和
9、2只二极管两种情况，电阻值为 2k Q、42k Q和82k Q。充电过程作为电源备份的元件，超级电容的充、放电特性是关注的重点，结合 DS1302 的可编程充电电路，在下面给出充电时电压 V(t)及电流I(t)与时间的函数及放 电时电压V(t)与时间的函数。超级电容端电压与时间的函数可表示为式2。V(t)=VMAX 1-e(-t/RC) (2)V(t)为超级电容端电压，VMAX!于VCC2减去n VDrop, R为内部涓流充电电阻，C是超级电容的容量。超级电容两端电压充电到VMAX勺95%需时间见表2。充电电流与时间的函数可表示为式 3。I(t)=VMAX/R e( -t/RC) (3)I(t
10、)为充电电流。超级电容充电特性曲线如图3所示：图三etwee umnrrwMM)Owe* Tnv (rninum)放电过程要知道DS1302使用超级电容放电的时间，贝嚅要了解DS1302的特性参数ICC1T(时间保持电流)，ICC1T呈线性变化，这意味着DS1302可以表示为阻性负 载RL，超级电容通过此负载来放电。根据DS1302数据手册，在VCC1为2.5V时, ICC1T为0.3卩A，这样RL约为8.3MQ。在不考虑超级电容自放电影响的情况下， 超级电容放电特性可表示为式 4。V(t)=VMAX e(-t/RLC) (4)RL为DS1302负载阻抗。电容放电至2V,根据上面公式计算的放电时间值见表 3。 超级电容放电电压特性曲线见图 4:(tjvq) emuStskw Cw VoMga fsMH
