单片机与高精度时钟芯片DS3231的接口应用.doc

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1、单片机与高精度时钟芯片DS3231的接口应用[1].前言在许多单片机的测控系统和家用电器中都含有时钟显示部分,最廉价的是直接使用单片机中的定时器,辅以一定的中断服务程序,构成时钟显示部分,这种方式是几乎不需要增加新的硬件即可实现,缺点是计时误差大,同时电源掉电不能保持时钟继续运行。在相对要求较高的场合，则使用廉价的时钟芯片（如DS1302等等）辅以备用电池，计时精度略高，可满足一般的要求。在这篇文章中，我们重点介绍高精度时钟电路DS3231的设计和应用。在DS1302普及型时钟芯片，晶体均需外置，由于晶体的离散性，很难选择到

2、精度很高的器件，同时也没有温度补偿电路，不同的温度环境下，晶体的特性也在变化，直接影响着时钟的振荡频率，较大的误差在所在所难免。而DS3231高精度时钟芯片，将晶体和温度补偿均集成在芯片中，为提高计时精度提供了可能，实册证明，使用DS3231时钟芯片，误差可做到一年小于一分钟，甚至部分显示器误差可小于20秒/一年。这对有相对精确时钟要求的应用场合是个理想的选择。[2].DS3231时钟芯片结构原理DS3231是一款高精度I2C实时时钟(RTC)器件，具有集成的温度补偿晶体振荡器(TCXO)。该器件包含电池输入端，断开主电源时

3、仍可保持精确计时。集成的晶体振荡器可提高器件的长期精确度。DS3231的寄存器能保存秒、分、时、星期、日期、月、年和闹钟设置等信息。少于31天的月份，可自动调整月末日期，包括闰年补偿。时钟的工作格式为24小时或带AM／PM指示的12小时格式。DS3231提供两个可编程日历闹钟和一路可编程方波输出。DS3231与单片机通过I2C双向串行总线传输地址与数据。下图为DS3231典型应用电路，图中可看出，DS3231几乎不需要外部元件。[3].DS3231时钟芯片结构如图1所示，DS3231的主要组成部分有8个模块，划分为4个功能组

4、：TCXO、电源控制、按钮复位和RTC。1.32kHz的TCXOTCXO包括温度传感器、振荡器和控制逻辑。控制器读取片上温度传感器输出，使用查表法确定所需的电容，加上AGE寄存器的老化修正。然后设置电容选择寄存器。仅在温度变化或者用户启动的温度转换完成时，才加载包括AGE寄存器变化的新值。VCC初次上电时就会读取温度值，然后每隔64s读取一次。2.DS3231的内部寄存器及功能DS3231寄存器地址为00h～12h，分别用于存放秒、分、时、星期、日期及闹钟设置信息。在多字节访问期间，如果地址达到RAM空间的结尾12h处，将发

5、生卷绕，此时定位到开始位置即00h单元。DS3231的时间和日历信息通过读取相应的寄存器来设置和初始化。用户辅助缓冲区用于防止内部寄存器更新时可能出现的错误。读取时间和日历寄存器时，用户缓冲区在任何START条件下或者寄存器指针返回到零时与内部寄存器同步。时间信息从这些辅助寄存器读取，此时时钟继续保持运行状态。这样在读操作期间发生主寄存器更新时可以避免重新读取寄存器。以控制寄存器(地址为0EH)为例，可以控制实时时钟、闹钟和方波输出。其各bit定义如下表。BIT7位：使能振荡器(EOEC)。设定为逻辑0时，启动振荡器。如果设

6、定为逻辑1，在DS3231电源切换至VBAT时，振荡器停止。初次上电时该位清零(逻辑0)。当DS3231由VCC供电时，振荡器与EOSC位的状态无关，始终保持工作状态。BIT6位：电池备份的方波使能(BBSOW)。当设定为逻辑1并且DS3231由VBAT引脚供电时，在没有加载VCC的情况下，该位使能方波输出。当BB-SQW设定为逻辑0时，若VCC降至低于电源故障门限值，则INT／SQW引脚变为高阻抗。初次上电时，该位清零(逻辑0)。BIT5位：转换温度(CONV)。该位置为1时，强制温度传感器将温度转换成数字，并执行TCXO

7、算法更新振荡器的电容阵列。只在空闲期间有效。状态位BSY=1时，禁止设定转换温度位。用户在强制控制器开始新的TCXO操作之前。应检查状态位BSY。用户启动的温度转换不影响内部64s更新周期。用户启动的温度转换在大约2ms内不会影响BSY位。CONV位从写入开始直到转换完成一直保持为1，转换完后，CONV和BSY均变为0。在监视用户启动转换状态时，应使用CONV位。BIT4和BIT3位：频率选择(RS2和RS1)，初次上电时，BIT4和BIT3设置为逻辑1。方波使能时用于控制方波输出的频率。RS1、RS2的逻辑值与方波输出频率

8、的关系如表2所列。BIT2位：中断控制(INTCN)。该位控制INT／SQW信号。INTCN置为0时，INT／SQW引脚输出方波；INTCN置为1时，若计时寄存器与任一个闹钟寄存器相匹配，则会触发INT／SQW信号(如果也使能闹钟的话)。匹配时相应的闹钟标志总是置位，而与INTCN位的状态