深度剖析DS17285/DS17287等實時時鐘芯片：功能、特性與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，實時時鐘（RTC）芯片是確保系統(tǒng)時間準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵組件。今天我們將深入探討Maxim Integrated推出的DS17285、DS17287、DS17485、DS17487、DS17885和DS17887系列實時時鐘芯片，了解它們的特性、功能以及在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

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1. 芯片概述

DS17x85和DS17x87系列實時時鐘芯片是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DS12885和DS12887的繼任者。DS17x85提供實時時鐘/日歷、一次性日報警、三個可屏蔽中斷、可編程方波輸出以及114字節(jié)的電池備份非易失性SRAM，還具備硅序列號、電源開關(guān)控制電路等增強功能，以及2k、4k或8k字節(jié)的電池備份非易失性SRAM。而DS17x87則將石英晶體和鋰能源集成到24引腳封裝的DIP中。

這些芯片的電源控制電路允許系統(tǒng)通過外部刺激（如鍵盤）或時間日期（喚醒）報警來開啟電源。PWR輸出引腳會被這些事件觸發(fā)，用于開啟外部電源，并且該引腳受軟件控制，任務(wù)完成后可關(guān)閉系統(tǒng)電源。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 集成標(biāo)準(zhǔn)與增強功能

這些芯片集成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的DS1287 PC時鐘，并具備增強功能。RTC可對秒、分、時、日、日期、月和年進行計數(shù)，支持到2099年的閏年補償。

2.2 電源與操作模式

支持可選的+3.0V或+5.0V操作，具備SMI恢復(fù)堆棧和64位硅序列號。電源控制電路支持系統(tǒng)通過日期/時間報警或按鍵閉合開啟電源。

2.3 時鐘模式

支持12小時或24小時時鐘模式，12小時模式下有AM和PM指示。

2.4 內(nèi)存與功能

擁有114字節(jié)的通用電池備份非易失性SRAM，以及擴展的電池備份非易失性SRAM（DS17285/DS17287為2048字節(jié)，DS17485/DS17487為4096字節(jié)，DS17885/DS17887為8192字節(jié)）。具備RAM清除功能、六個獨立可屏蔽中斷標(biāo)志的中斷輸出、一次性日報警、時鐘更新周期結(jié)束標(biāo)志、可編程方波輸出、自動電源故障檢測和切換電路。

2.5 封裝與溫度范圍

提供PDIP、SO或TSOP封裝（DS17285、DS17485、DS17885），可選封裝的DIP（EDIP）封裝，集成了晶體和電池（DS17287、DS17487、DS17887），可選工業(yè)溫度范圍，且獲得了Underwriters Laboratory（UL）認(rèn)證。

3. 電氣特性

3.1 絕對最大額定值

VCC引腳相對于地的電壓范圍為 -0.3V至 +6.0V，商業(yè)工作溫度范圍為0°C至 +70°C，工業(yè)工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲溫度范圍因封裝而異，引腳焊接溫度限制為 +260°C。

3.2 DC電氣特性

涵蓋了電源電壓、電池輸入電壓、輸入邏輯電平、電源電流、待機電流、輸入泄漏電流、輸出邏輯電壓等參數(shù)，不同電壓模式下有不同的取值范圍。

3.3 AC電氣特性

包括周期時間、脈沖寬度、輸入上升和下降時間、芯片選擇設(shè)置時間、數(shù)據(jù)保持時間等參數(shù)，不同電壓模式下也有不同的表現(xiàn)。

4. 詳細功能解析

4.1 振蕩器電路

DS17x85使用外部32.768kHz晶體，振蕩器電路無需外部電阻或電容。晶體的標(biāo)稱頻率為32.768kHz，串聯(lián)電阻最大為50kΩ，負載電容為6pF或12.5pF。也可使用外部32.768kHz振蕩器驅(qū)動，此時X1引腳連接外部振蕩器信號，X2引腳不連接。

4.2 時鐘精度

時鐘精度取決于晶體的精度以及振蕩器電路的電容負載與晶體修整電容負載的匹配程度。溫度變化會導(dǎo)致晶體頻率漂移，外部電路噪聲耦合到振蕩器電路可能導(dǎo)致時鐘運行過快。DS17287、DS17487和DS17887的封裝DIP（EDIP）模塊在工廠進行了修整，在25°C時精度可達每月 ±1分鐘。

4.3 電源控制

當(dāng)VCC高于VPF時，設(shè)備可完全訪問并進行數(shù)據(jù)讀寫；當(dāng)VCC低于VPF時，設(shè)備禁止讀寫訪問。如果VPF小于VBAT，當(dāng)VCC下降到VPF以下時，設(shè)備電源從VCC切換到VBAT或VBAUX中較高的一個；如果VPF大于VBAT或VBAUX中的較高值，當(dāng)VCC下降到較高備份源以下時，設(shè)備電源切換到VBAT或VBAUX中較高的一個。寄存器由VBAT或VBAUX源維持，直到VCC恢復(fù)到標(biāo)稱水平。

4.4 時間、日歷和報警

時間和日歷信息通過讀取相應(yīng)的寄存器字節(jié)獲得，可設(shè)置為二進制或二進制編碼十進制（BCD）格式。日周寄存器在午夜遞增，月份末尾的日期會自動調(diào)整，包括閏年校正。在寫入內(nèi)部時間、日歷和報警寄存器之前，應(yīng)將寄存器B中的SET位設(shè)置為邏輯1，以防止在訪問時進行更新。

報警字節(jié)有兩種使用方式：一是在指定時間每天觸發(fā)報警中斷；二是在一個或多個報警字節(jié)中插入“不關(guān)心”狀態(tài)，根據(jù)設(shè)置的“不關(guān)心”位不同，可實現(xiàn)每小時、每分鐘或每秒觸發(fā)報警。

4.5 控制寄存器

四個控制寄存器（A、B、C和D）位于銀行0和銀行1中，可隨時訪問。寄存器A控制振蕩器和分頻器，寄存器B控制更新、中斷、方波輸出、數(shù)據(jù)模式、時鐘格式和夏令時調(diào)整，寄存器C包含中斷請求標(biāo)志，寄存器D指示電池狀態(tài)。

4.6 非易失性RAM

用戶RAM字節(jié)可作為電池備份內(nèi)存使用，分為兩個獨立的內(nèi)存銀行。銀行0可訪問14個實時時鐘寄存器和114字節(jié)的用戶RAM，銀行1可訪問額外的2k、4k或8k字節(jié)的用戶RAM。

4.7 中斷

RTC包含六個獨立的自動中斷源，包括報警中斷、周期性中斷、更新結(jié)束中斷、喚醒中斷、啟動中斷和RAM清除中斷。應(yīng)用程序軟件可選擇使用哪些中斷，通過設(shè)置相應(yīng)的中斷使能位來控制。

4.8 方波輸出選擇

通過寄存器A中的RS0 - RS3位選擇15級分頻器的13個抽頭之一，可設(shè)置方波輸出頻率。如果E32K = 1，無論RS3 - RS0位狀態(tài)如何，SQW引腳都會輸出32kHz方波。

4.9 更新周期

DS17x85每秒執(zhí)行一次更新周期，當(dāng)寄存器B中的SET位設(shè)置為1時，雙緩沖的時間、日歷和報警字節(jié)的用戶副本會凍結(jié)，但時間倒計時鏈會繼續(xù)更新內(nèi)部副本。為避免訪問不一致的時間和日歷數(shù)據(jù)，可使用更新結(jié)束中斷、更新進行中（UIP）位或周期性中斷來處理。

4.10 擴展功能

通過軟件控制的銀行切換方案訪問擴展功能，銀行0包含時鐘/日歷寄存器和50字節(jié)的用戶RAM，銀行1包含擴展寄存器，提供64位硅序列號、世紀(jì)計數(shù)器、RTC寫入計數(shù)器、日期報警、輔助電池控制/狀態(tài)、喚醒、啟動、RAM清除控制/狀態(tài)和擴展RAM訪問等功能。

5. 應(yīng)用場景

這些實時時鐘芯片適用于嵌入式系統(tǒng)、公用事業(yè)儀表、安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)集線器、網(wǎng)橋和路由器等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，它們能夠提供準(zhǔn)確的時間信息，確保系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6. 總結(jié)

DS17285/DS17287/DS17485/DS17487/DS17885/DS17887系列實時時鐘芯片具有豐富的功能和出色的性能，能夠滿足各種應(yīng)用場景的需求。在實際設(shè)計中，電子工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的芯片，并合理配置其功能，以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和精確計時。你在使用這些芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。