[組圖]實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

1 RTC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本功能是保持跟蹤時(shí)間和日期等信息，但許多RTC還提供有多種附加功能，如：看門(mén)狗定時(shí)器、系統(tǒng)復(fù)位、非易失存儲(chǔ)器（NV RAM）、序列號(hào)、方波輸出、涓流充電等。因此，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，選擇RTC芯片出了需要考慮其時(shí)間和日期跟蹤功能外，通常還需要針對(duì)具體應(yīng)用來(lái)對(duì)RTC的功能、成本、尺寸等要求進(jìn)行綜合考慮。

1.1 接口方式

從接口要求入手選擇RTC可以大大縮小芯片的選擇范圍。RTC芯片提供有多種接口方式，其中并行接口可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的快速訪(fǎng)問(wèn)或有較大的存儲(chǔ)容量，適合于那些對(duì)價(jià)格、尺寸要求不是很荷刻的系統(tǒng)，許多采用并行接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片還與晶振和電池封裝在一起構(gòu)成一個(gè)完整的時(shí)鐘模塊，從而簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。并行接口包括復(fù)用總線(xiàn)（數(shù)據(jù)與地址總線(xiàn)復(fù)用）和獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)總線(xiàn)。一般用于時(shí)間保持的NV RAM都采用與SRAM相同的控制信號(hào)，并可以方便地與常用的微處理器容量。另外，有些Phantom實(shí)時(shí)時(shí)鐘還將時(shí)鐘數(shù)據(jù)隱含在備用電池支持的RAM內(nèi)，以便利用64位軟件協(xié)議來(lái)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)鐘數(shù)據(jù)。

一般情況下，串行接口時(shí)鐘芯片都具有外形尺寸較小、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，但這類(lèi)芯片的通信速率一般較低，因而比較適合便攜式產(chǎn)品。這類(lèi)芯片通常包括1-Wire接口、2線(xiàn)、3線(xiàn)、4線(xiàn)或SPI接口，而許多處理器也包括2線(xiàn)或SPI接口，當(dāng)然，也有些處理器（如8051及其派生產(chǎn)品）則支持復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)。

1.2 備用電池

在有些應(yīng)用中（如VCR），時(shí)鐘和日期信息在系統(tǒng)掉電時(shí)將會(huì)丟失，而在大多數(shù)應(yīng)用中要求系統(tǒng)主電池?cái)嚯姇r(shí)仍保持時(shí)鐘和日期有效。為保持時(shí)鐘振蕩器持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可采用主/輔電池結(jié)構(gòu)或大電容配合主電源為時(shí)鐘電路供電，這樣，RTC芯片內(nèi)部還必須提供兩組電源的切換電路。如果用電池（如Li+電池）作為備份電源，RTC設(shè)計(jì)還應(yīng)該注重低功耗指標(biāo)，以使其在電池供電時(shí)具有盡可能低的功耗。電源切換控制電路通常由主電源供電，需要時(shí)可切換到電池供電，并將RTC置為低功耗模式，電池供電時(shí)，可禁止微處理器與RTC之間的通信（通常被稱(chēng)為寫(xiě)保護(hù)），以使電池電流降至最小，同時(shí)避免數(shù)據(jù)被破壞。

在采用電池為電池系統(tǒng)供電時(shí)，時(shí)鐘電路耗電最大的部件是振蕩器，對(duì)于那些嵌入了晶振和電池的時(shí)鐘模塊（如DS12C887），由于振蕩器在出廠(chǎng)時(shí)處于禁止?fàn)顟B(tài)，因此電池的損耗電流主要是電池的自放電，室溫下，電池自放電每年的消耗能量大約占電池容量的0.5%。有些時(shí)間保持NV RAM模塊利用時(shí)鐘來(lái)控制IC和SRAM，出廠(chǎng)時(shí)，振蕩器處于禁止?fàn)顟B(tài)、SRAM與電池?cái)嚅_(kāi)，只有模塊在主電源供電并第一次與時(shí)鐘電路斷開(kāi)時(shí)，電池才與SRAM接通。這一功能常被稱(chēng)作電池保鮮。Dallas Semiconductor的絕大多數(shù)RTC都提供有一個(gè)電池輸入引腳和一個(gè)內(nèi)部反向充電保護(hù)電路。由于Li+電池的額定溫度是-40℃～+85℃，因此，使用時(shí)應(yīng)確保環(huán)境溫度不要超出+85℃。

1.3 時(shí)鐘格式

在電路設(shè)計(jì)中使用的時(shí)鐘格式主要有三種：BCD碼、二進(jìn)制碼、未格式化的二進(jìn)制計(jì)數(shù)值。其中BCD碼比較通用，因?yàn)樗臅r(shí)間和日期可以直接顯示，且不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，每8位寄存器表示一個(gè)二位數(shù)，對(duì)于某些特殊的時(shí)間和日期，由于不占用全部8位數(shù)據(jù)，因此，不用位可以充當(dāng)一些特殊功能（如用作讀/寫(xiě)位），也可以在硬件讀取時(shí)時(shí)終保持固定狀態(tài)（1或0）。二進(jìn)制碼格式與BCD碼一樣具有獨(dú)立的秒、分鐘、小時(shí)、星期、日、月、年寄存器，在一些提供BCD碼格式的RTC中，常常也提供可選擇的二進(jìn)制碼格式。時(shí)間和日期寄存器每秒鐘更新一次，日期循環(huán)與月、年有關(guān)。星期寄存器與其它寄存器的變化關(guān)系不大，在子夜更新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從7至1循環(huán)變化，程序中可以用1表示任何一個(gè)特定的星期數(shù)，只要在整個(gè)程序中指定數(shù)值保持一致即可。在12小時(shí)制與24小時(shí)制或BCD碼與二進(jìn)制碼之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，時(shí)間、日期、鬧鐘寄存器需要重新進(jìn)行初始化。二進(jìn)制計(jì)數(shù)碼用一個(gè)多字節(jié)（一般為32位）寄存器來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間信息，時(shí)間信息用一個(gè)秒計(jì)數(shù)值表示，并可通過(guò)軟件將秒計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為合理的時(shí)間和日期。

另外，在選擇RTC時(shí)，還需要考慮千年（Y2K）兼容性問(wèn)題，Y2K兼容的RTC包含有世紀(jì)信息（提供世紀(jì)數(shù)值或世紀(jì)位），并可正確地計(jì)算潤(rùn)年，Dallas Semiconductor提供的RTC均兼容于Y2K，而且不存在日期敏感的邏輯。

2 設(shè)計(jì)考慮