Микросхема часов: : DS1302, DS1307, DS3231

Содержание

Микросхемы часов реального времени (RTC) от STMicroelectronics

25 марта 2013

В настоящее время в линейке продукции STMicro доступны микросхемы RTC различного назначения, выполненные по новейшим технологиям. Среди них микросхемы с чрезвычайно низким энергопотреблением, самыми маленькими в мире корпусами и встроенными кварцевыми резонаторами, микросхемы семейства SNAPHAT® с интегрированной батареей резервного питания. Стандартные функции RTC включают будильник, схему переключения на резервный источник питания, схему сброса и специальные функции с метками времени и системой реакции на несанкционированный доступ для защищенных приложений, звуковые сигналы и подзарядку резервной батареи. Существуют высокоточные температурно-компенсированные RTC.

Основные области применения часов реального времени STMicroelectronics приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные области применения часов реального времени STMicroelectronics  

Область применения   С низким энергопотреблением для портативных устройств   С расширенными возможностями для промышленного применения   С высокой степенью интеграции   Устройства защиты от несанкционированного доступа  
Отличительные
особенности
 
  • Малое потребление тока в режиме ожидания (standby)
  • Самые маленькие в мире RTC со встроенным кварцевым резонатором
  • Миниатюрный корпус
  • Автоматическое переключение на батарею резервного источника питания
  • Аналоговая калибровка
  • Встроенный кварцевый резонатор
  • Температурно-компенсированные RTC
  • RTC с NVRAM и функцией супервизора для микропроцессора
  • Монитор батареи источника питания
  • Сброс при включении (POR)/детектор пропадания напряжения питания
  • Обнаружение физического несанкционированного доступа
  • Очистка внутреннего и внешнего ОЗУ
  • Фиксирование попыток несанкционированного доступа
Типы ИС   Серия M41T6x M41T81S, M41T00S, M41T82, M41T83, M41T93, M41T00CAP, M41TC8025 M41ST85W, M41T94, M41T00AUD M41ST87W

 

Перейдем к описанию отдельных семейств микросхем RTC от STMicroelectronics

 

M41T6x — часы реального времени (RTC)


для портативных устройств

В семейство M41T6x входят микросхемы RTC с низким энергопотреблением и встроенным кварцевым генератором на частоте 32,768 кГц. Восемь регистров, использующиеся для функции часы/календарь, конфигурируются в двоично-десятичном коде (BCD). Дополнительные восемь регистров обеспечивают функции состояния/управления будильником, управляют выходной частотой 32 кГц, осуществляют калибровку и функцию сторожевого таймера. Обмен данными происходит по интерфейсу I2C (400 кГц). Адресный регистр автоматически инкрементируется после записи (WRITE) или чтения (READ) байта данных. Блок-схема представителя семейства M41T6x — M41T62 показана на рисунке 1.

 

 

Рис. 1. Блок-схема M41T62

Функции, доступные пользователю, включают время суток/календарь, прерывания по срабатыванию будильника (M41T62, M41T65), выход частоты 32 кГц (M41T62/63, M41T64), выход прямоугольного сигнала с программируемой частотой (M41T62/63/64) и выход сторожевого таймера (M41T63, M41T65). По восьми адресам содержатся значения столетия, года, месяца, даты, дня недели, часов, минут, секунд и десятых/сотых долей секунды в 24-часовом BCD-формате. Коррекция продолжительности месяца в 28, 29 (февраль високосного года), 30 или 31 день осуществляется автоматически.

Микросхемы M41T6x выпускаются в двух типах корпусов миниатюрного размера: QFN с 16 выводами размером 3×3 мм2, для которого требуется внешний кристалл частотой 32 кГц, и LCC 1,5×3,2 мм2 со встроенным кристаллом.

В таблице 2 приведены основные характеристики микросхем семейства M41T6x, а в таблице 3 — их функциональные особенности.

 

Таблица 2. Основные характеристики микросхем RTC семейства M41T6x  

Тип ИС Тип
корпуса
Uпит, В Uраб. мин., В Iбат. тип., нА Сигнал сбоев OSC Программные будильники WDT Выход SQW Выход F32K Внутренний кристалл
M41T60 QFN16   1,3…4,4   1  
350  
+*   —   —   —   —   —  
M41T62 QFN16   +*   +*   +*   +   32   —  
LCC8   +*   +*   +*   +   32   +  
M41T63   QFN16   +   —   +   +   32   —  
M41T64 QFN16   +   —   +   +   32   —  
M41T65 QFN16   +*   +*   +   —   —   —  
M41T66 QFN16   1,5…4,4   525   +*   +*   +*   +   32   —  
Примечание: * — с генерацией IRQ.  

 

Таблица 3. Функциональные особенности микросхем RTC семейства M41T6x

Тип ИС Basic RTC Alarms OSC fail detect WDT Calibration SQW output IRQ output WDO output F32K output
M41T62   +   +   +   +   +   +   +  
—  
—  
M41T63   +   +   +   +   +   +   —   +   —  
M41T64   +   +   +   +   +   +   —   —   +  
M41T65   +   +   +   +   +   —   +   +   —  

 

Микросхемы семейства M41T6x находят применение в цифровых фото- и видеокамерах, портативных медиаплеерах, медицинском оборудовании, терминалах точек розничной торговли, оборудовании для тестирования и портативных навигаторах.

 

Демонстрационная плата


STEVAL-SCM001V1

Для быстрой оценки функциональных возможностей часов реального времени семейства M41T6x компания STMicroelectronics выпускает демонстрационную плату STEVAL-SCM001V1 на базе микросхемы M41T62 в форме USB-брелока размером 65х22 мм. В качестве управляющего микроконтроллера/USB-моста используется ST72651AR6. Внешний вид платы STEVAL-SCM001V1 показан на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Внешний вид платы STEVAL-SCM001V1

Плата STEVAL-SCM001V1 RTC позволяет изучить все функциональные особенности RTC M41T62 от STMicroelectronics и работу RTC как при питании от внутреннего стабилизатора MCU ST7, так и при питании от конденсатора. Работой платы управляет специальная графическая оболочка с дружественным пользовательским интерфейсом (GUI).

 

M41T00x. Микросхемы RTC


с последовательным интерфейсом

В настоящее время линейка M41T00x состоит из 3 микросхем:

  • микросхемы M41T00S, выпускающейся взамен устаревшей M41T00;
  • микросхемы M41T00AUD с аудио-интерфейсом;
  • микросхемы M41T00CAP со встроенным источником резервного электропитания;

Все микросхемы семейства M41T00x имеют функцию автоматической калибровки часов.

Восемь байт внутреннего СОЗУ (регистр TIMEKEEPER®) используются для реализации функции часов/календаря и калибровки. Описание регистра TIMEKEEPER® приведено в таблице 4.

Таблица 4. Карта распределения памяти регистра TIMEKEEPER®   

Адрес Разряды регистра Функция/диапазон (BCD формат)
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
00h   ST   Десятки секунд   Секунды   Секунды   00…59  
01h   OF   Десятки минут   Минуты   Минуты   00…59  
02h   CEB   CB   Десятки часов   Часы (24-часовой формат)   Часы   0…1/00…23  
03h   0   0   0   0   0   День недели   Дни   01…7  
04h   0   0   Десятки дней   Дата: день месяца   Дата   01…31  
05h   0   0   0   10M   Месяцы   Месяцы   01…12  
06h   Десятки лет   Годы   Годы   00…99  
07h   OUT   FT   S   Калибровка   Калибровка   —  

 

M41T00S. Часы реального времени


с последовательным интерфейсом

Микросхема M41T00S является базовой в семействе M41T00 и представляет собой RTC с низким энергопотреблением и внешним встроенным кварцевым генератором на 32,768 кГц. Имеется встроенная схема обнаружения остановок тактового генератора. Восемь регистров ОЗУ (таблица 4) используются для функции часов/календаря и конфигурируются в двоично-десятичном формате (BCD. Обмен данными происходит по интерфейсу I2C (протокол 400 кГц). Встроенный регистр адреса автоматически инкрементируется после выполнения каждой операции записи (WRITE) или чтения (READ) байта данных. Блок-схема M41T00S представлена на рисунке 3.

 

 

Рис. 3. Блок-схема M41T00S

Напряжение питания (VCC) M41T00S составляет 2,0…5,5 В при потребляемом токе не более 300 мкА в рабочем режиме и не более 0,6 мкА при питании от резервного источника. Микросхема имеет встроенную схему обнаружения пропадания напряжения питания(2,5 В≤VPFD ≤2,7 В), которая при сбоях питания автоматически переключает микросхему на питание от резервного источника. В качестве резервного источника можно использовать небольшую литиевую батарейку или конденсатор SuperCapTM. Для повышения точности отсчета времени служит схема программной калибровки часов.

Выпускается в корпусе SOIC с восемью выводами, предназначена для работы в температурном диапазоне -40…85°C.

 

Принцип работы

Часы M41T00S работают как ведомое устройство на последовательной шине I2C. Доступ к микросхеме осуществляется после выставления на шине стартового условия, за которым должен следовать корректный адрес ведомого устройства (D0h). Микросхема непрерывно осуществляет мониторинг напряжения питания VCC. После того как VCC падает ниже порогового значения VPFD, микросхема прекращает доступ по шине и сбрасывает счетчик адреса. Входы микросхемы перестают реагировать на внешние сигналы. После того, как VCC падает ниже уровня переключения питания (VSO), микросхема автоматически переключается на работу от батареи и переходит в режим ультранизкого энергопотребления для увеличения времени работы от батареи. Если напряжение батареи VBAT меньше, чем VPFD, микросхема переключается с VCC на VBAT, когда VCC падает ниже VBAT. Если VBAT больше, чем VPFD, микросхема переключается с VCC на VBAT, когда VCC падает ниже VPFD. При восстановлении напряжения питания микросхема снова переключается с батареи на основное питание, когда VCC достигает значения VSO. Когда значение VCC становится больше VPFD, начинают функционировать входы микросхемы.

 

Калибровка часов

Микросхема M41T00S управляется кварцованным генератором на частоту 32768 Гц. Ошибка частоты генератора не превышает ±35 ppm при 25°C, что эквивалентно примерно ±1,53 минуты в месяц. При точной настройке схемы калибровки точность установки частоты повышается до ±2 ppm при 25°C.

Частота резонанса кварцевого резонатора изменяется при изменении температуры. В M41T00S реализована периодическая коррекция счетчика. Схема коррекции добавляет или вычитает единицу из счетчика-делителя частоты задающего генератора. В зависимости от значения пяти битов (D4-D0), записанных в регистр калибровки (07h), некоторое количество импульсов будет пропускаться или добавляться в зависимости от значения бита D5, который является знаковым. Добавление импульсов эквивалентно увеличению частоты генератора, пропуск — уменьшению.

Для определения того, как много калибровочных операций должна проделать M41T00S, существует два метода.

Первый состоит в начальной установке часов, работы их в течение месяца, сравнении с показаниями эталонных часов и записи в регистр калибровки отклонения за фиксированный промежуток времени. Калибровочные данные включают количество потерянных или накопленных за фиксированный период секунд. Это позволяет разработчику давать конечному пользователю возможность калибровки часов в необходимых рабочих условиях, даже если конечный продукт размещен в необслуживаемом корпусе. Для доступа к калибровочным данным в таком случае достаточно будет написания простейшей утилиты.

Второй метод более соответствует производственным условиям и заключается в использовании вывода FT/OUT. На этот вывод подается частота 512 Гц, если бит Stop (бит ST (D7) по адресу 00h) установлен в «0», а бит Frequency Test (бит FT (D6) по адресу 07h) установлен в «1».

Отклонения от частоты 512 Гц показывают значение и знак сдвига частоты генератора при заданной температуре. Например, значение частоты 512,010124 Гц будет указывать на значение ошибки частоты генератора +20 ppm. Для коррекции этого отклонения в калибровочный регистр необходимо записать значение — 10 (XX001010).

Выход FT/OUT выполнен с открытым стоком, что требует подключения подтягивающего (pull-up) резистора к линии VCC для нормальной работы. Рекомендуемое значение составляет 500 Ом…10 кОм. При отключении напряжения питания бит FT очищается.

M41T00AUD. RTC с последовательным интерфейсом и аудиофункциями

Микросхема M41T00AUD представляет собой RTC с интерфейсом I2C (400 кГц), интегрированным тональным генератором и усилителем с выходной мощностью 300 мВт при нагрузке сопротивлением 8 Ом. Блок RTC создан на базе микросхемы M41T00 с такими расширениями, как ИОН для переключения на резервный источник питания, схема обнаружения остановок тактового генератора и хранение времени пропадания напряжения питания. Блок-схема M41T00AUD представлена на рисунке 4.

 

 

Рис. 4. Блок-схема M41T00AUD

 

Часы реального времени

Блок RTC создан на базе часов микросхемы M41T00 и работает от кварцевого генератора частотой 32768 Гц, которая может подстраиваться с помощью калибровочного регистра в пределах -63…+126 ppm. Бит OF регистра состояния устанавливается при остановке тактового генератора на 4 или более циклов тактовой частоты.

Диапазон напряжения питания составляет 3,0…3,6 В. Функция хранения времени работает до напряжения источника питания 1,7 В. Ток потребления в режиме работы от резервного источника питания составляет 400 нА при напряжении 3,0 В. Микросхема имеет встроенную схему подзарядки конденсатора резервного питания. Типовое время работы составляет 5 лет от 3 В литиевого элемента емкостью 50 мАч.

 

Аудио подсистема

Усилитель мощности имеет дифференциальный выход с ФНЧ с частотой среза 8 кГц и может отдавать до 300 мВт на нагрузку сопротивлением 8 Ом (THD+N = 2% (max), fin = 1 кГц). Сигнальный вход подключен к источнику напряжения VDD/2. Пиковое значение сигнала на аналоговом входе может составлять 1,6 В.

Базовые частоты аудио сигналов составляют 256 или 512 Гц. С их помощью можно мультиплексировать сигнал с аналогового входа для получения двухтонального сигнала. Управление громкостью осуществляется с помощью 4-битного регистра, диапазон регулировки составляет -33…+12 дБ с шагом 3 дБ. Имеется бит выключения звука.

В режиме работы от резервного источника питания звуковой интерфейс автоматически отключается.

Микросхема выпускается в корпусе DFN16 (5×4 мм) для температурного диапазона 0…70°C.

 

M41T00CAP. RTC с последовательным интерфейсом, интегрированными кварцевым резонатором и батареей резервного питания

Микросхема M41T00CAP представляет собой часы реального времени, построенные на базе M41T00S, с низким энергопотреблением, интегрированной батареей и кварцевым резонатором на частоту 32,768 кГц в 24-выводном корпусе CAPHATTM. Обмен данными происходит по интерфейсу I2C. В состав микросхемы входит управляемый кварцевый генератор, схема переключения на резервный источник питания при пропадании основного напряжения питания. Блок-схема M41T00CAP представлена на рисунке 5.

 

 

Рис. 5. Блок-схема M41T00CAP

Восемь регистров реализуют функцию часов/календаря. Для повышения точности отсчета времени служит встроенная схема программной коррекции частоты тактового генератора. Корректность показаний часов обеспечивает схема обнаружения остановки кварцевого генератора. Коррекция високосных годов рассчитана на период до 2100 г. Регистр адреса автоматически инкрементируется после выполнения каждой операции записи (WRITE), или чтения (READ) байта данных.

Напряжение питания микросхемы (VCC) составляет 2,7…5,5 В при потребляемом токе не более 300 мкА. Порог переключения на резервный источник питания 2,6 В. Энергии встроенной литиевой батареи достаточно для непрерывной работы часов в течение 10 лет.

 

Система обнаружения сбоев тактового генератора

Если бит сбоев в кварцевом генераторе (OF) изнутри устанавливается в «1», то это говорит о том, что генератор либо совсем остановился, либо был остановлен в течение некоторого промежутка времени, поэтому его можно использовать для проверки надежности показаний часов. В случае, если было обнаружено, что бит OF установлен в «1» в любое время, кроме начальной подачи напряжения питания, то бит STOP (ST) необходимо установить в «1», затем немедленно сбросить в «0». Эта процедура перезапустит кварцевый генератор.

Установка в «1» бита STOP (OF) может произойти при следующих условиях:

  • при подаче напряжения питания значение бита OF по умолчанию равно «1»;
  • значения основного напряжения питания VCC недостаточно для поддержки работоспособности генератора;
  • бит ST установлен в «1»;
  • внешние наводки на кварцевый резонатор.

Бит OF будет оставаться установленным в «1» до тех пор, пока его не перепишут в «0». Перед установкой бита OF в «0» кварцевый генератор должен быть запущен и должен проработать в нормальном режиме минимум 4 секунды.

 

M41T11. RTC с последовательным интерфейсом и энергонезависимой памятью NVRAM объемом 56 байт

Микросхема M41T11 представляет собой часы реального времени с последовательным интерфейсом I2C (100 кГц), малой потребляемой мощностью и энергонезависимой памятью NVRAM объемом 56 байт. Встроенный кварцевый генератор на частоту 32,768 кГц (с внешним кварцевым резонатором) и первые 8 байт ОЗУ используются для выполнения функции часов/календаря и конфигурируются в двоично-десятичном BCD-коде. Генератор на 32,768 кГц снабжен нагрузочным конденсатором емкостью 12,5 пФ, который обеспечивает высокую стабильность частоты. Программная калибровка часов обеспечивает компенсацию температурного коэффициента кварцевого генератора. Встроенный регистр адреса автоматически инкрементируется после выполнения операции записи или чтения байта. Блок-схема M41T11 показана на рисунке 6.

 

 

Рис. 6. Блок — схема M41T11

В микросхему M41T11 встроена схема датчика напряжения питания, которая детектирует пропадания основного напряжения питания и, при сбоях в питающем напряжении, автоматически переключает микросхему на работу от резервного источника питания (батареи) и отключает микросхему от шины обмена данными. Энергия, необходимая для хранения данных в ОЗУ и работы часов, может быть получена от небольшой литиевой батарейки.

Рабочее напряжение питания составляет 2,0…5,5 В, ток потребления не превышает 0,8 мкА при напряжении питания 3 В. При емкости резервной батарейки 50 мА/ч с напряжением 3 В типовое время хранения данных составляет 5 лет.

Микросхема M41T11 выпускается в корпусе SOIC с восемью выводами или в корпусе SOIC с 28 выводами для объединения с платформой SNAPHAT®. Рабочий температурный диапазон -40…85°C. Корпус SOIC с 28 выводами снабжен разъемом с позолоченными контактами для непосредственной стыковки с платформой SNAPHAT, на которой смонтированы батарейка и кварцевый резонатор. Микросхему в корпусе SOIC-28 и платформу с батарейкой/кварцевым резонатором необходимо заказывать отдельно (только для напряжения питания 3,3…5,0 В).

 

M41T82/M41T83. RTC


с последовательным интерфейсом

В семейство M41T8x входят микросхемы часов реального времени с низким энергопотреблением, I2C-интерфейсом (400 кГц) и встроенным кварцевым генератором на частоту 32,768 кГц (для корпусов QFN16 и SO8 используется внешний кварцевый резонатор, в корпусе SOX18 имеется встроенный). Точность базовой заводской калибровки составляет ±5 ppm (SOX18). Более высокая точность достигается при использовании встроенной схемы аналоговой и цифровой калибровки. Имеется встроенная схема обнаружения остановок тактового генератора. Восемь байт используются для хранения времени/календаря. Дополнительные 17 используются в качестве регистра состояния/управления для реализации двух будильников, сторожевого таймера (watchdog), 8-битного счетчика и генератора прямоугольных импульсов. Дополнительные 7 байт можно использовать как энергонезависимое пользовательское ОЗУ с питанием от батарейки. Блок-схема M41T82 показана на рисунке 7, блок-схема M41T83 — на рисунке 8.

 

 

Рис. 7. Блок-схема M41T82

 

 

Рис. 8. Блок-схема M41T83

Обмен данными происходит по I2C-интерфейсу. Встроенный адресный регистр инкрементируется всякий раз после выполнения операций записи (WRITE) или чтения (READ) байта данных. Для пользователя доступны функции энергонезависимой памяти, часов/календаря, двух будильников с генерацией прерывания (один из них работает даже при питании от батареи), сторожевого таймера (watchdog), программируемого 8-разрядного счетчика и генератора прямоугольных импульсов.

Изделия снабжены схемой мониторинга напряжения питания. При достижении порогового напряжения происходит автоматическое переключение на резервный источник питания и отключение микросхемы от шины I2C, при этом в регистре состояния выставляется специальный флаг. Рабочий диапазон напряжения питания и пороговое напряжение для переключения на резервный источник приведены в таблице 5.

Таблица 5. Напряжение источника питания и пороговое напряжение для микросхем M41T83  

Тип ИС Напряжение источника питания, VCC, В Пороговое напряжение, VRST, В
M41T83S 3,00…5,50   2,85…3,00  
M41T83R 2,70…5,50   2,55…2,70  
M41T83Z 2,38…5,50   2,25…2,38  

Микросхема M41T83 выпускается в корпусах QFN16, SOX18 или 300 mil SOIC со встроенным кварцевым резонатором на частоту 32 кГц. Выход тактового генератора доступен при подаче напряжения питания. Для корпуса SOX18 при необходимости обеспечения энергонезависимой работы требуется только внешняя батарейка. Микросхема M41T82 выпускается только в корпусе SO8. Обе микросхемы предназначены для работы в промышленном температурном диапазоне -40…85°C.

 

Средства разработки и отладки

Для изучения работы часов реального времени компания STMicroelectronics выпускает два демонстрационных набора: STEVAL-IFS017V1 и STEVAL-IFS012V1.

 

Демонстрационная система STEVAL-IFS017V1

Демонстрационная система STEVAL-IFS012V1 предназначена для оценки функциональных возможностей различных температурных датчиков и RTC. Система STEVAL-IFS012V1 состоит из базовой платы, основанной на микроконтроллере STM32F102xx и различных дочерних плат, содержащих датчики температуры и RTC. Внешний вид системы показан на рисунке 9.

 

 

Рис. 9. Внешний вид системы STEVAL-IFS017V1

 

Система поддерживает датчики температуры STLM20, STTS424E02, STTS75, STDS75, STLM75, STCN75, STTS751, STTS2002 и RTC M41T82SM6, M41T83SQA6 и M41T83SMY6.

Плата работает в режиме питания от порта USB и имеет компьютерный графический пользовательский интерфейс (GUI), который используется для доступа к регистрам и знакомства с функциональными особенностями датчиков температуры и RTC.

 

Демонстрационная система STEVAL-IFS012V1

Демонстрационная система STEVAL-IFS012V1 предназначена для оценки функциональных возможностей различных температурных датчиков и RTC. Она состоит из базовой платы, основанной на микроконтроллере ST72F651AR6 и дочерних плат, содержащих датчики температуры и RTC. Внешний вид системы STEVAL-IFS012V1 показан на рисунке 10.

 

 

Рис. 10. Внешний вид системыы STEVAL-IFS012V1

Поддерживаются датчики температуры STLM20, STTS424E02, STTS75, STDS75, STLM75, STCN75 и часы реального времени M41T81S, M41T82 и M41T83.

Система может работать в двух режимах:

  • автономно/с внешним источником питания;
  • с питанием от порта USB/ в полнофункциональном режиме.

 

M41TC8025. Прецизионные, температурно-компенсированные RTC с последовательным интерфейсом и встроенным кварцевым резонатором

Лидирующая в своем классе микросхема RTC для интеллектуальных счетчиков и прецизионных приложений M41TC8025 имеет в своем составе расширенный промышленный блок RTC, источник опорного напряжения, задающий порог для надежного переключения на батарейное питание, систему аналоговой калибровки, встроенный кварцевый резонатор и схему обнаружения сбоев тактового генератора.

Микросхема M41TC8025 представляет собой часы реального времени с интерфейсом I2C (400 кГц) и схемой температурной компенсации для работы в расширенном (-45…70°C) или промышленном (-40…85°C) температурном диапазоне. Кроме отсчета времени, микросхема имеет функцию будильника, таймера с программируемым периодом прерывания по коррекции времени и программируемого выхода фиксированной частоты (1 Гц, 1 кГц и 32 кГц). Блок-схема M41TC8025 представлена на рисунке 11.

 

 

Рис. 11. Блок-схема M41TC8025

Микросхема M41TC8025 выпускается в корпусе SOIC с 14 выводами шириной 200-mil.

Точность отсчета времени обеспечивает встроенный высокостабильный DTCXO на частоту 32 кГц. Схема температурной компенсации обеспечивает точность ±5,0 ppm при -40…85°C (версия A), ±5,0 ppm при -45…70°C (версия C), и ±3,8 ppm при 0…50°C.

Напряжение питания часов и схемы хранения времени составляет 1,6…5,5 В, интерфейса I2C 1,8…5,5 В, схемы температурной компенсации 2,2…5,5 В. При напряжении питания 3,0 В потребляемый ток составляет 0,8 мкА,

Микросхема применяется в счетчиках электроэнергии и промышленном оборудовании.

 

Заключение

Рассмотренные в статье микросхемы часов реального времени (RTC) от компании STMicroelectronics имеют превосходные эксплуатационные характеристики и высокую надежность. Расширенный набор функций (в том числе — функция автокалибровки) позволяет использовать их в различных приложениях, для которых требуется высокая точность отсчета времени, возможность переключения на резервный источник питания и малый потребляемый ток в режиме работы от батареи. Наличие энергонезависимого ОЗУ позволяет надежно хранить критичные для конечного приложения параметры. Все это позволяет рекомендовать использование RTC от STMicroelectronics в широком классе приложений, от бытовых устройств до прецизионных промышленных датчиков.

 

Литература

1. ST’s serial real-time clock. http://www.st.com/internet/analog/subclass/403.jsp  

2. M41T62. Serial real-time clock (RTC) with alarm. http://www.st.com/internet/analog/product/82507.jsp  

3. M41T00S. Serial real-time clock (RTC). http://www.st.com/internet/analog/product/84649.jsp  

4. M41T00AUD. Serial real-time clock (RTC) with audio. http://www.st.com/internet/analog/product/147881.jsp  

5. M41T00CAP. Serial real-time clock (RTC) with battery. http://www.st.com/internet/analog/product/147883.jsp  

6. M41T11. Serial real-time clock (RTC) with 56 bytes of NVRAM. http://www.st.com/internet/analog/product/63897.jsp  

7. M41T83. Serial I2C bus real-time clock (RTC) with battery switch-over. http://www.st.com/internet/analog/product/130171.jsp  

8. M41TC8025. Highly accurate, temperature-compensated serial real-time clock (RTC) with embedded crystal. http://www.st.com/internet/analog/product/253463.jsp .

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]

Компания STMicroelectronics представила первый в мире универсальный «осветительный» контроллер

Для текущих и перспективных разработок в области освещения требуются различные типы преобразования и разные виды топологии управляющих цепей, в зависимости от используемых технологий освещения, исходных параметров питания (AC или DC), требований к диммингу и параметров безопасности и надежности. STLUX385 — первое изделие, способное обеспечить все эти параметры при помощи одной программируемой ИС.

STLUX385 достигает этой цели за счет интеграции шести специально разработанных периферийных цепей SMED (State Machine, Event-Driven) которые, взаимодействуя друг с другом и со внешними сигналами с помощью программно переключаемой матрицы, управляют питанием элементов осветительной системы. Помимо специальных сигналов управления, цепи SMED могут обрабатывать внешние команды включения/выключения источников света, установки уровня диммирования, сигналы диагностики, а также — сигналы внешних датчиков в приложениях, где необходимо подстраивать освещение к внешним условиям.

STLUX385 позволяет создавать системы освещения, для которых в настоящее время требуется использование внешних цифровых сигнальных процессоров.

Помимо цепей SMED, STLUX385 содержит также периферийный блок DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Протокол DALI широко используется в светотехнической индустрии. STLUX385 совместим с протоколами проводной и беспроводной связи, что упрощает установку в больших помещениях и при наружном освещении, а также снижает стоимость такой установки.

STLUX385 поставляется в компактном корпусе TSSOP38.

 

Технические характеристики:

 

  • Шесть конфигурируемых ШИМ SMED-выходов с разрешением 10,4нс (до 1,3нс при использовании автоматического смешения цветов)
  • Периферия DALI Slave HW
  • Рабочий диапазон температуры -40…105°C
  • Четыре аналоговых компаратора, синхронизированных с тактовым генератором 96МГц
  • Шесть быстрых цифровых входов, синхронизированных с тактовым генератором 96МГц
  • Ядро STM8 (до 20MIPS)
  • Восьмиканальный десятибитный АЦП с программируемым коэффициентом усиления усилителя и секвенсором
  • Напряжение питания 3…5,5 В постоянного тока.

•••

Наши информационные каналы

DS3231: высокоточная микросхема RTC | hardware

DS3231 это недорогая микросхема часов реального времени (real-time clock, RTC) с интерфейсом I2C (который иногда называют двухпроводным интерфейсом, Two-Wite Intertface, TWI). Для микросхемы не нужен внешний кварцевый резонатор, и несмотря на это она имеет очень высокую точность входа часов благодаря встроенному термокомпенсированному кварцевому генератору (TCXO). У микросхемы есть вход для подключения батарейки, и благодаря питанию от батареи поддерживается точный отсчет времени даже когда питание системы отключается. Интеграция кварцевого резонатора в корпус микросхемы не только улучшает долговременную стабильность точности хода часов, но и удешевляет производство конечных устройств. Микросхема DS3231 доступна в коммерческом и индустриальном вариантах исполнения (они определяют допустимый рабочий диапазон температур), и предоставляется в 16-выводном корпусе SO с шириной 300 mil.

Микросхема RTC DS3231 отсчитывает секунды, минуты, часы, день недели, даты месяца, месяцы, годы. Дата по окончании месяца автоматически подстраивается для месяцев, у которых дней меньше 31, включая учет февраля и коррекцию дней для високосного года (до 2100 года). Часы работают либо в 24-часовом, либо в 12-часовом формате с индикатором ~AM/PM. Предоставляется два программируемых по времени дня будильника, и программируемый выход прямоугольного сигнала. Адрес и данные передаются последовательно через двунаправленную шину I2C (TWI).

Прецизионный, компенсированный по температуре источник опорного напряжения мониторит состояние линии питания VCC на предмет обнаружения события отказа (отключения) питания VCC. Это событие используется генерации сигнала на выходе сброса и автоматического переключения на резервный источник питания (линия питания от батареи VBAT), когда это необходимо. Дополнительно опрашивается вход ~RST как вход подключения кнопки сброса, которая сбрасывает микроконтроллер системы.

Основные возможности микросхемы DS3231:

• Очень точная система RTC, которая полностью обслуживают все функции отсчета времени.
• Точность ±2 ppm в диапазоне 0°..+40°C.
• Точность ±3.5 ppm в диапазоне -40°..+85°C.
• Выход цифрового датчика температуры с точностью ±3°C.
• Регистр учета старения (Aging Trim).
• Система входа/выхода для генерации сброса микроконтроллера с подавлением дребезга (RST Output/Pushbutton Reset Debounce Input).
• Два программируемых по времени дня будильника (Time-of-Day Alarm).
• Programmable Square-Wave Output Signal.
• Простой последовательный интерфейс I2C, позволяющий подключить микросхему к любому микроконтроллеру. Скорость работы интерфейса до 400 кГц.
• Вход резервного питания для подключения батареи с очень низким потреблением энергии.
• Работа от уровня напряжения 3.3V.
• Рабочие диапазоны температуры 0°..+70°C для коммерческого и -40°..+85°C для индустриального исполнения.
• Проверено компанией Underwriters Laboratories® (UL).
• Основные приложения для применения: серверы, телеметрия, счетчики электроэнергии, GPS.

Типовая схема подключения:

[Предельно допустимые параметры применения]

Напряжение на любом выводе относительно общего провода (GND) -0.3..+6.0V
Тепловое сопротивление между кристаллом и окружающим воздухом (Junction-to-Ambient Thermal Resistance, θJA)(1) 73°C/W
Тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом микросхемы (Junction-to-Case Thermal Resistance, θJC)(1) 23°C/W
Рабочий температурный диапазон для DS3231S (коммерческое исполнение) 0..+70°C
Рабочий температурный диапазон для DS3231SN (индустриальное исполнение) -40..+85°C
Температура кристалла (Junction Temperature)  +125°C
Диапазон температур хранения -40..+85°C
Температура выводов (при пайке в течение 10 сек) +260°C
Температура пайки (на основе термопрофиля, максимум дважды) +260°C

Примечание (1): параметры термосопротивления были получены с использованием метода, описанного в спецификации JEDEC JESD51-7 на 4-слойной плате. Для получения подробной информации по условиям эксплуатации, связанным с корпусом микросхемы, см. страничку www.maximintegrated.com/thermal-tutorial.

Стресс, выходящий за пределы этих указанных значений могут привести к необратимому повреждению микросхемы. Эти стрессовые параметры указаны только для рейтинга, и не подразумевается работа микросхемы при действии указанных значений параметров или значений, превышающих эти параметры. Если микросхема находится под действием этих максимальных значений длительное время, то это может ухудшить её надежность.

[Рекомендуемые параметры применения]

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: спад напряжения на выводе ниже -0.3V относительно земли, когда микросхема находится в режиме резервного питания от батареи (battery-backed mode), может привести к потере данных.

Параметры в таблице ниже указаны для температуры окружающего воздуха TA между TMIN и TMAX, если не указано нечто иное (2, 3).

Параметр Символ MIN TYP MAX Ед.
Напряжение питания VCC 2.3 3.3 5.5 V
VBAT 2.3 3.0 5.5 V
Лог. 1 для входов SDA, SCL VIH 0.7 * VCC   VCC + 0.3 V
Лог. 0 для входов SDA, SCL VIL -0.3   0.3 * VCC V

[Электрические характеристики]

Параметры в таблице ниже указаны для условий VCC=2.3-5.5V при питании от VCC (см. таблицу 1), TA в диапазоне TMIN..TMAX, если не указано нечто иное. Типичные значения: VCC=3.3V, VBAT = 3.0V и TA = +25°C, если не указано нечто иное. См. примечания 2, 3 в конце врезки.

Параметр Символ Условия
MIN TYP MAX Ед.
Потребляемый ток в активном режиме (Active) ICCA (примечания 4, 5) VCC=3.63V     200 μA
VCC=5.5V     300
Потребляемый ток в режиме приостановки (Standby) ICCS Шина I2C не активна, выход 32kHz включен, выход SQW выключен (примечание 5) VCC=3.63V     200 μA
VCC=5.5V     300
Ток процесса оцифровки температуры (Temperature Conversation) ICCSCONV Шина I2C не активна, выход 32kHz включен, выход SQW выключен VCC=3.63V     575 μA
VCC=5.5V     650
Порог допустимого напряжения питания (Power-Fail Voltage) VPF   2.45 2.575 2.70 V
Лог. 0 выходов 32kHz, ~INT/SQW, SDA VOL IOL = 3 mA     0.4 V
Лог. 0 выхода ~RST VOL IOL = 1 mA     0.4 V
Ток утечки выходов 32kHz, ~INT/SQW, SDA ILO Выход в состоянии высокого сопротивления (отключен) -1 0 +1 μA
Ток утечки входа SCL ILI   -1   +1 μA
Ток утечки I/O вывода ~RST IOL ~RST находится в состоянии высокого сопротивления (примечание 6) -200   +10 μA
Ток утечки VBAT (микросхема питается от основного источника, VCC Active) IBATLKG     25 100 nA
Выходная частота fOUT VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V   32.768   кГц
Стабильность частоты в зависимости от температуры (исполнение Commercial) Δf/fOUT VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V, aging offset = 00h 0..+40°C     ±2 ppm
+40..+70°C     ±3.5
Стабильность частоты в зависимости от температуры (исполнение Industrial) Δf/fOUT VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V, aging offset = 00h -40..0°C     ±3.5 ppm
0..+40°C     ±3.5
40..+85°C     ±3.5
Стабильность частоты в зависимости от напряжения Δf/V     1   ppm/V
Чувствительность к регулировке частоты регистром подстройки по весу младшего разряда Δf/LSB Для температуры: -40°C   0.7   ppm
+25°C   0.1  
+70°C   0.4  
+85°C   0.8  
Точность измерения температуры Temp VCC = 3.3V или VBAT = 3.3V  -3   +3 °C
Уход частоты при старении кристалла (Crystal Aging) Δf/fO После пайки в печи, не было тестирования Первый год   ±1.0   ppm
0..10 лет   ±5.0  

Параметры в таблице ниже показывают ток потребления от батареи, и они указаны для условий VCC = 0V, VBAT = 2.3V to 5.5V, TA = TMIN..TMAX, если не указано нечто иное (примечание 2).

Параметр Символ Условия
MIN TYP MAX Ед.
Потребляемый ток от батареи в активном режиме (Active) IBATA ~EOSC=0, BBSQW=0, SCL = 400 кГц (примечание 5) VCC=3.63V     70 μA
VCC=5.5V     150
Потребляемый ток от батареи в режиме поддержки отсчета времени (Timekeeping) IBATT ~EOSC=0, BBSQW=0, EN32kHz=1, SCL=SDA=0V или SCL=SDA=VBAT (примечание 5) VCC=3.63V   0.84  3.0 μA
VCC=5.5V   1.0 3.5
Ток процесса оцифровки температуры (Temperature Conversation) IBATTC ~EOSC=0, BBSQW=0, SCL=SDA=0V или SCL=SDA=VBAT VCC=3.63V     575 μA
VCC=5.5V     650
Ток удержания состояния данных (Data-Retention Current) IBATTDR ~EOSC=1, SCL=SDA=0V, +25°C     100 nA

[Параметры переменного тока]

Параметры в таблице ниже дают интервалы времени микросхемы, и они указаны для условий VCC = VCC(MIN) .. VCC(MAX) или VBAT = VBAT(MIN) .. VBAT(MAX), VBAT > VCC, TA = TMIN .. TMAX, если не указано нечто иное (примечание 2).

Параметр Символ Условия
MIN TYP MAX Ед.
Частота SCL fSCL Fast mode 100   400 кГц
Standard mode 0   100
Время свободного состояния шины между событиями STOP и START tBUF Fast mode 1.3     мкс
Standard mode 4.7    
Время удержания (Hold Time, с повторениями) для события START (примечание 7) tHD:STA Fast mode 0.6     мкс
Standard mode 4.0    
Время лог. 0 сигнала SCL tLOW Fast mode 1.3     мкс
Standard mode 4.7    
Время лог. 1 сигнала SCL tHIGH Fast mode 0.6     мкс
Standard mode 4.0    
Время удержания данных (Data Hold Time, примечания 8, 9) tHD:DAT Fast mode 0   0.9 мкс
Standard mode 0   0.9
Время установки данных (Data Setup Time, примечание 10) tSU:DAT Fast mode 100     нс
Standard mode 250    
Время установки START (START Setup Time) tSU:STA Fast mode 0.6     мкс
Standard mode 4.7    
Время нарастания уровня для обоих сигналов SDA и SCL tR Fast mode 20+0.1CB   300 нс
Standard mode   1000
Время спада уровня для обоих сигналов SDA и SCL tF Fast mode 20+0.1CB   300 нс
Standard mode   300
Время установки для STOP (Setup Time STOP Condition) tSU:STO Fast mode 0.6     мкс
Standard mode 4.7    
Емкостная нагрузка для каждой сигнальной линии CB (примечание 11)     400 pF
Емкость для SDA, SCL CI/O     10   pF
Ширина импульсов выбросов помех, которые должны быть подавлены входным фильтром tSP     30   нс
Подавление дребезга контактов кнопки на выводе ~RST (Pushbutton Debounce) PBDB     250   мс
Активное время сброса (Reset Active Time) tRST     250   мс
Задержка флага остановки генератора (Oscillator Stop Flag, OSF) tOSF (примечание 12)   100   мс
Время оцифровки температуры (Temperature Conversion Time) tCONV     125 200 мс

[Характеристики переключения питания]

Параметры в таблице ниже указаны для TA = TMIN .. TMAX.

Параметр Символ Условия
MIN TYP MAX Ед.
Время спада VCC; от VPF(MAX) до VPF(MIN) tVCCF   300     мкс
Время нарастания VCC; от VPF(MIN) до VPF(MAX) tVCCR   0     мкс
Время восстановления после подачи питания tREC (примечание 13)   250 300 мс

Примечание 2: пределы температур на -40°C гарантируются разработкой и не тестировались в производстве.

Примечание 3: все напряжения указаны относительно земли (GND).

Примечание 4: ICCA — тактирование SCL на максимальной частоте 400 кГц.

Примечание 5: усредненный входной ток, который включает ток процесса оцифровки температуры.

Примечание 6: вывод ~RST имеет встроенный внутренний 50 kΩ (номинально) верхний подтягивающий (pullup) резистор к уровню VCC.

Примечание 7: после этого периода генерируется первый импульс тактов.

Примечание 8: устройство должно внутренне предоставлять время удержания (hold time) как минимум 300 нс для сигнала SDA (относительно VIH(MIN) сигнала SCL) чтобы закрыть неопределенный регион спада уровня SCL.

Примечание 9: максимум tHD:DAT нужен только для того, чтобы удовлетворить протоколу, если устройство не растягивает период лог. 0 (tLOW) сигнала SCL.

Примечание 10: устройство быстрого режима (fast-mode device) может использоваться в системе, работающей в стандартном режиме скорости (standard-mode system), но должно удовлетворяться условие tSU:DAT ≥ 250 нс. Это будет удовлетворено автоматически в случае, если устройство не растягивает период лог. 0 сигнала SCL. Если такое устройство растягивает период лог. 0 сигнала SCL, то оно должно выводить следующий бит данных на линию SDA tR(MAX) + tSU:DAT = 1000 + 250 = 1250 нс перед освобождением линии SCL.

Примечание 11: CB это общая емкость шины в pF.

Примечание 12: параметр tOSF это период времени, когда генератор должен быть остановлен для установленного флага OSF вне диапазона напряжения 0.0V ≤ VCC ≤ VCC(MAX) и 2.3V ≤ VBAT ≤ 3.4V.

Примечание 13: эта задержка применяется только если генератор разрешен и работает. Если бит ~EOSC в состоянии 1, то время tREC пропускается и ~RST немедленно переходит в лог. 1. Состояние ~RST не влияет на интерфейс I2C, RTC или систему TCXO.

Интервалы времени сброса от кнопки:

Интервалы времени переключения питания:

Диаграмма сигналов передачи данных по шине I2C:

Диаграммы приведены для условий VCC=+3.3V, TA=+25°C, если не указано нечто иное.

Цоколевка и описание выводов DS3231:

Имя Тип Функция
1 32kHz O Выход вывода частоты 32768 Гц. Это выход с открытым стоком, который требует наличия внешнего верхнего подтягивающего резистора (pullup). Будучи разрешенным, выход работает от любого имеющегося источника питания. Если не используется, то может оставаться не подключенным.
2 VCC P Основной источник питания. Этот вывод должен иметь подключенный развязывающий конденсатор емкостью 0.1..1.0 мкф. Если не используется, то подключается к земле (GND).
3 ~INT/SQW O Сигнал прерывания с активным низким уровнем, или выход частоты прямоугольного сигнала. Это выход с открытым стоком, который требует наличия внешнего верхнего подтягивающего резистора (pullup), подключенного к напряжению питания 5.5V или меньше. Режим работы этой ножки определяется битом INTCN регистра управления (Control Register, адрес 0Eh), и выводимая частота зависит от битов RS2 и RS1 (см. описание регистра управления и соответствующих бит). Напряжение, которое подается на резистор pullup, может быть до 5.5V, независимо от уровня VCC. Если вывод ~INT/SQW не используется, то может оставаться не подключенным.
4 ~RST I/O Сброс с активным уровнем лог. 0. Этот вывод имеет открытый сток, и работает как вход и как выход. Уровень показывает соответствие напряжения питания VCC допустимому пределу VPF. Как только VCC упадет ниже VPF, на выводе ~RST появится лог. 0. Когда VCC превысит VPF, то через интервал tRST на выводе ~RST с помощью pullup резистора появится уровень лог. 1. С активным уровнем лог. 0 выход с открытым стоком скомбинирован с функцией входа, подавляющей дребезг контактов кнопки. Этот вывод может быть активирован запросом сброса, выданным с помощью внешней кнопки. Вывод ~RST имеет внутренний pullup резистор номиналом 50 кОм, подключенный к VCC. Внешний подтягивающий резистор подключаться не должен. Если генератор запрещен, то интервал времени tREC пропускается, и уровень ~RST немедленно перейдет к лог. 1.
5..12 N.C. Нет соединения. Эти выводы должны быть подключены к земле (GND).
13 GND Земля, общий провод для напряжений питания и всех сигналов.
14 VBAT P Вход для подключения резервного источника питания (обычно это литиевая батарейка на 3V). Если вывод VBAT используется как основной источник питания, то он должен иметь подключенный развязывающий конденсатор емкостью 0.1..1.0 мкф, имеющий малый ток утечки. Когда в VBAT используется как резервный источник питания, то этот конденсатор не нужен. Если VBAT не используется, то подключите его к земле (GND). Микросхема проверена компанией UL на отсутствие обратного тока заряда при использовании литиевой батарейки (см. www.maximintegrated.com/qa/info/ul).
15 SDA I/O Данные интерфейса I2C. Выход вывода имеет открытый сток, поэтому необходим внешний верхний подтягивающий резистор (pullup). Подтягивающее напряжение может иметь уровень до 5.5V, независимо от уровня напряжения питания VCC.
16 SCL I Такты интерфейса I2C. Напряжение на входе SCL может иметь уровень до 5.5V, независимо от уровня напряжения питания VCC.

Примечание: O означает выход, I вход, I/O двунаправленный вывод (работает и как вход, и как выход), P вывод питания.

[Подробное описание функционирования DS3231]

В корпус DS3231 встроена схема RTC, тактируемая внутренним кварцевым генератором на 32 кГц, частота которого имеет температурную компенсацию (TCXO). Компенсация дает стабильную и точную опорную частоту, которая обеспечивает уход RTC в пределах ±2 минуты в год когда микросхема работает в диапазоне температур -40°..+85°C. На специальном выходе доступна частота 32 кГц, стабилизированная этим генератором TCXO. Имеется функция часов/календаря с двумя программируемыми на время дня будильниками. Также есть программируемый выход частоты с сигналом прямоугольной формы. Ножка ~INT/SQW предоставляет либо сигнал прерывания, сообщающая о событиях будильника, либо предоставляет выход для вывода прямоугольного сигнала. Часы/календарь дает информацию о текущих данных секунд, минут, часов, дней, даты, месяца и года. Дата в конце месяца автоматически корректируется по месяцам (30 или 31 день), в том числе автоматически корректируется количество дней в феврале с учетом високосного года. Часы работают либо в 24-часовом формате, либо в 12-часовом формате с индикатором ~AM/PM. Внутренние регистры доступны через интерфейс шины I2C.

Скомпенсированный по температуре источник опорного напряжения и схема компаратора мониторит уровень VCC, чтобы обнаружить отказы по питанию, и выполнить автоматическое переключение на резервный источник питания, когда это необходимо. Вывод сброса ~RST предоставляет функцию подключения внешней кнопки сброса, и работает как индикатор события отказа питания (стандартная функция супервизора).

Блок-диаграмма микросхемы DS3231:

На рисунке показана блок-диаграмма с основными элементами DS3231. 8 блоков можно сгруппировать в 4 функциональные группы: генератор TCXO, управление питанием, функция кнопки сброса и RTC. Их функции описаны по отдельности в последующих секциях.

Генератор 32 кГц TCXO. Датчик температуры, генератор и логика управления формируют схему генератора TCXO. Контроллер читает выход встроенного в кристалл сенсора температуры, и использует таблицу коррекции для определения требуемой корректирующей емкости, добавляет коррекцию старения регистра AGE, и затем устанавливает регистры выбора емкости. Новые значения, включая изменения в регистре AGE, загружаются, когда происходит изменение температуры, или когда завершается преобразования оцифровки температуры, инициированное пользователем. Преобразования для оцифровки температуры также происходят по начальному появлению VCC и каждые 64 секунды.

Power Control (управление питанием). Эта функция предоставляет опорное напряжение, скомпенсированное по температуре, и схему компаратора, которая мониторит уровень напряжения линии питания VCC. Когда VCC больше VPF, микросхема DS3231 питается от VCC. Когда VCC меньше VPF, но больше VBAT, микросхема все еще питается от VCC. Если VCC меньше VPF и меньше VBAT, то микросхема получает питание от VBAT (см. таблицу 1).

Таблица 1. Power Control.

Событие на выводах питания Активный источник питания
VCC < VPF, VCC < VBAT VBAT
VCC < VPF, VCC > VBAT VCC
VCC > VPF, VCC < VBAT VCC
VCC > VPF, VCC > VBAT VCC

Чтобы экономить энергию батареи, когда VBAT первый раз подается на микросхему, генератор не запустится, пока VCC не станет больше VPF, или пока через I2C не будет записан допустимый адрес. Типичное время запуска генератора составляет менее 1 секунды. Примерно через 2 секунды после прикладывания VCC, или после записи допустимого адреса I2C, микросхема производит измерение температуры и применяет к генератору вычисленную по температуре коррекцию. После того, как генератор запустился, он продолжает работу, пока доступен хотя бы один из источников питания (VCC или VBAT), и микросхема продолжает автоматически измерять температуру и корректировать частоту генератора каждые 64 секунды.

При первой подаче основного питания (VCC), или когда записан допустимый адрес I2C (при питании от VBAT), регистры даты и времени сбрасываются в значение 01/01/00 01 00:00:00 (это означает DD/MM/YY т. е. день/месяц/год, DOW т. е. день недели, и HH:MM:SS т. е. часы:минуты:секунды).

Работа от VBAT. Есть несколько режимов работы, которые влияют на потребление тока от VBAT. Когда микросхема питается от VBAT, и активен последовательный интерфейс, то активный потребляемый ток равен IBATA. Когда последовательный интерфейс не активен, ток потребления тратится только на отсчет времени (ток IBATT), в этот ток входит потребление блока оцифровки температуры IBATTC (подробности см. в Application Note 3644: Power Considerations for Accurate Real-Time Clocks). Ток потребления от батареи для системы оцифровки температуры (Temperature conversion current, IBATTC) указывается, поскольку система может предоставить периодические импульсы тока потребления при напряжении, находящемся в допустимом диапазоне. Ток хранения данных (Data retention current, IBATTDR) это ток, который микросхема потребляет, когда генератор остановлен (EOSC=1). Этот режим может использоваться для минимального потребления от батареи, когда поддержание корректного времени и даты не требуется, например когда система находится на складе и ожидает поставки конечному потребителю.

Функция сброса от кнопки (Pushbutton Reset). Микросхема DS3231 может опрашивать кнопку, подключенную между землей и выходом ~RST. Когда DS3231 не находится в цикле сброса, она постоянно опрашивает сигнал ~RST на появление перепада к лог. 0. Если такой спад уровня обнаружен, DS3231 выполняет подавление дребезга кнопки, подтягивая уровень ~RST к лог. 0. После того, как истечет время внутреннего таймера (PBDB), DS3231 продолжит мониторить сигнал ~RST. Если этот сигнал все еще находится в лог. 0, DS3231 постоянно мониторит линию, ожидая появления нарастания сигнала (перехода от лог. 0 к лог. 1). После детектирования освобождения линии DS3231 удерживает ~RST еще на время tRST.

~RST также показывает событие отказа питания (power-fail). Когда VCC меньше VPF, генерируется внутренний сигнал отказа питания, который переводит вывод ~RST в лог. 0. Когда VCC возвращается к уровню выше VPF, вывод ~RST продолжает удерживаться в лог. 0 еще на время приблизительно 250 мс (tREC), чтобы позволить стабилизироваться уровню напряжения питания. Если генератор не работает (см. секцию Power Control), когда подключено VCC, формирование tREC пропускается, и ~RST немедленно переходит в лог. 1. Выставление сигнала сброса на выходе ~RST (независимо от чего он был сформирован — от кнопки или от схем формирования сигнала сброса по событию power-fail), никак не влияет на внутреннее функционирование DS3231.

Real-Time Clock. Часы реального времени (Real-Time Clock, RTC) с тактированием от TCXO, предоставляют информацию о секундах, минутах, часах, текущем дне недели, дате, месяце и годе. Реализована автоматическая коррекция даты в зависимости от месяца с учетом високосного года.

Часы предоставляют 2 программируемых по времени дня будильника (time-of-day alarms) и программируемый выход прямоугольного сигнала. Ножка ~INT/SQW либо генерирует прерывание по срабатыванию будильника, либо работает как выход прямоугольных импульсов (управляется битом INTCN).

Карта адресов регистров. На рис. 1 показана карта распределения адресов регистров хранения времени DS3231. При многобайтном доступе, кода указатель адреса достигает последнего адреса в адресном пространстве регистров (12h), указатель адреса автоматически переустанавливается на адрес 00h. На событии I2C START или при инкрементации указателя при его сбросе в 00h, текущее время передается во второй набор регистров. Информация о времени читается из этого второго набора регистров, в то время как часы продолжают свою работу. Эту устраняет необходимость перечитывать регистры в случае, когда регистры обновились в момент чтения (второй набор регистров обеспечивает атомарность выборки времени).

Адр. Бит 7 Бит 6 Бит 5 Бит 4 Бит 3 Бит 2 Бит 1 Бит 0 Функция Диапазон значений
00h 0 Десятки секунд Секунды Секунды 00..59
01h 0 Десятки минут Минуты Минуты 00..59
02h 0 12/~24 ~AM/PM 10 часов Часы Часы 1..12+ ~AM/PM
00..23
20 часов
03h 0 0 0 0 0 Дни День недели 1..7
04h 0 0 Десятки даты Дата Дата месяца 01..31
05h Век 0 0 10 месяца Месяц Месяц/век 01..12 + век
06h Десятки года Год Год 00..99
07h A1M1 Десятки секунд Секунды Секунды будильника 1 00..59
08h A1M2 Десятки минут Минуты Минуты будильника 1 00..59
09h A1M3 12/~24 AM/PM 10 часов Часы Часы будильника 1 1..12+ ~AM/PM
00..23
20 часов
0Ah A1M4 DY/~DT 10 даты День День недели будильника 1 1..7
Дата Дата будильника 1 1..31
0Bh A2M2 Десятки минут Минуты Минуты будильника 2 00..59
0Ch A2M3 12/~24 AM/PM 10 часов Часы Часы будильника 2 1..12+ ~AM/PM
00..23
20 часов
0Dh A2M4 DY/~DT 10 даты День День недели будильника 2 1..7
Дата Дата будильника 2 1..31
0Eh ~EOSC BBSQW CONV RS2 RS1 INTCN A2IE A1IE Управление
0Fh OSF 0 0 0 EN32kHz BSY A2F A1F Управление/статус
10h SIGN DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA Aging Offset
11h SIGN DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA Старшие биты температуры
12h DATA DATA 0 0 0 0 0 0 Младшие биты температуры

Рис. 1. Адреса регистров хранения времени.

Примечание: если не указано нечто иное, то состояние регистров не определено, когда напряжение было подано в первый раз.

Интерфейс I2C. I2C доступен, когда достигло допустимого уровня напряжение VCC или VBAT. Если микроконтроллер, подключенный к DS3231, сбрасывается из-за пропадания VCC или другого события, то есть возможность, что обмен между микроконтроллером и DS3231 через I2C стал не синхронизированным, например когда микроконтроллер сбросился в момент чтения данных из DS3231. Когда микроконтроллер сбрасывается, интерфейс I2C микросхемы DS3231 может быть помещен в известное состояния путем переключения линии SCL, пока на сигнале SDA не будет наблюдаться уровень лог. 1. В этот момент микроконтроллер должен перевести SDA в лог. 0, когда SCL находится в лог. 1, генерируя тем самым событие START шины.

Часы и календарь. Информация времени и календаря может быть получена чтением байт соответствующих регистров (рис. 1 показывает эти регистры RTC). Данные времени и календаря устанавливаются или инициализируются путем записи в эти байты соответствующих регистров. Содержимое регистров времени и календаря имеет формат десятичного числа, закодированного в тетраде бит (формат binary-coded decimal, BCD). DS3231 может работать либо в 12-часовом, либо в 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов определен как бит выбора  12-часового или 24-часового режима. Когда этот бит в лог. 1, то выбран 12-часовой режим. В 12-часовом режиме бит 5 это бит ~AM/PM, который устанавливается в лог. 1 при времени суток PM (после полудня, от латинского post meridiem). В 24-часовом режиме бит 5 работает как бит, кодирующий 20-й час (20..23 часа). Бит столетия (century, бит 7 регистра месяца) переключается, когда регистр года переваливает от значения 99 к значению 00.

Регистр дня недели (day-of-week) инкрементируется в полночь. Значения, которые соответствуют дню недели, определяются пользователем (т. е. могут быть любыми), но они должны быть последовательными (например, если 1 соответствует воскресенью, то 2 соответствует понедельнику, и так далее). Нелогичные значения даты и времени приведут к неопределенному поведению RTC.

Когда регистры времени и даты читаются или записываются, используется вторичный (пользовательский) набор регистров, который буферизирует данные первичного набора регистров, и предотвращают от ошибок, когда регистры обновляются в соответствии с ходом часов. Когда происходит чтение регистров времени и даты, буферы пользователя (вторичный набор регистров) синхронизируются с внутренними регистрами (первичные регистры) по любому события START интерфейса, или когда указатель адреса регистра переваливает через максимальный адрес к нулевому адресу. Информация о времени считывается из этого вторичного набора регистров, в то время как часы продолжают отсчет времени. Такое функционирование позволяет исключить повторное считывание регистров, когда произошло обновление регистров в момент процедуры чтения (вторичный набор регистров обеспечивает атомарность выборки времени).

Низкоуровневый счетчик (countdown chain) сбрасывается всякий раз, когда записывается регистр секунд. Передача данных записи происходит в момент подтверждения по шине (acknowledge) от микросхемы DS3231. Как только произошел сброс низкоуровневого счетчика, для предотвращения проблем переполнения нужно перезаписать другие регистры в даты и времени в течение 1 секунды. Если выход генерации прямоугольного сигнала разрешен на частоте 1 Гц, то при работающем генераторе произойдет переход к лог. 1 через 500 мс после передачи данных секунд.

Будильники (Alarms). В микросхеме DS3231 имеется 2 будильника, настраиваемых по времени дня. Будильник 1 (Alarm 1) может быть установлен записью регистров 07h..0Ah. Будильник 2 (Alarm 2) может быть установлен записью регистров 0Bh..0Dh. Будильники могут быть запрограммированы (битами разрешения будильника alarm enable и битом INTCN регистра управления) для активации выхода ~INT/SQW, когда произойдет событие срабатывания будильника. Биты 7 каждого из регистров будильника являются битами маски (см. таблицу 2). Когда все биты маски для каждого будильника находятся в лог. 0, то будильник сработает только когда значения в регистрах хранения времени будут равны соответствующим значениям, сохраненным в регистрах будильников. Таким образом, будильник может быть запрограммирован на повторение каждую секунду, минуту, час, день, или указанную дату. Таблица 2 показывает возможные значения. Конфигурации, не перечисленные в таблице, могут привести к нелогичной работе.

Таблица 2. Биты маски будильника (Alarm Mask Bits).

DY/~DT
Биты маски регистров будильника 1 (бит 7)
Когда сработает будильник
A1M4 A1M3 A1M2 A1M1
X 1 1 1 1 Каждую секунду
X 1 1 1 0 Когда совпадет значение секунд
X 1 1 0 0 Когда совпадет значение и минут, и секунд
X 1 0 0 0 Когда совпадут значения и часов, и минут, и секунд
0 0 0 0 0 Когда совпадут дата, часы, минуты и секунды
1 0 0 0 0 Когда совпадут день недели, часы, минуты и секунды
DY/~DT
Биты маски регистров будильника 2 (бит 7)
Когда сработает будильник
A1M4 A1M3 A1M2
X 1 1 1 Один раз в минуту (когда число секунд каждую минуту станет равным 00)
X 1 1 0 Когда совпадет значение минут
X 1 0 0 Когда совпадут значения и часов, и минут
0 0 0 0 Когда совпадут дата, часы и минуты
1 0 0 0 Когда совпадут день недели, часы и минуты

Биты DY/~DT (бит 6 регистров дня/даты) управляют тем, что отражает значение будильника, сохраненное в битах 0..5 этого регистра — день недели или дату месяца. Если DY/~DT записан в лог. 0, то срабатывание будильника произойдет при совпадении даты месяца. Если в DY/~DT записан в лог. 1, то срабатывание будильника произойдет при совпадении дня недели.

Когда значения регистров RTC совпадают с настройками регистров будильника, то установится в лог. 1 соответствующий флаг срабатывания будильника (Alarm Flag) A1F или A2F. Если установлены в лог. 1 соответствующие биты разрешения прерывания будильника (Alarm Interrupt Enable) A1IE или A2IE, и также установлен в лог. 1 бит INTCN, то событие будильника активирует сигнал ~INT/SQW. Совпадение проверяется в момент обновления регистров времени и даты один раз в секунду.

Регистры специального назначения (Special-Purpose Registers). В микросхеме DS3231 есть 2 дополнительных регистра (управления и состояния) которые управляют работой часов реального времени, будильниками и выходом прямоугольного сигнала.

Это регистр управления микросхемой DS3231. Ниже приведено описание функций бит регистра управления.

Бит 7 6 5 4 3 2 1 0
Имя: ~EOSC BBSQW CONV RS2 RS1 INTCN A2IE A1IE
POR: 0 0 0 1 1 1 0 0

Примечание: POR означает состояние при событии Power-On-Reset (состояние по умолчанию, когда произошло первое включение питания).

Бит 7: Enable Oscillator (~EOSC), разрешение работы генератора. Когда этот бит установлен в лог. 0, запускается генератор. Когда этот бит установлен в лог. 1, генератор останавливается, когда DS3231 переходит на питание от VBAT. По умолчанию, когда питание подано первый раз, этот бит очищен (находится в состоянии лог. 0). Когда DS3231 получает питание от VCC, то генератор работает всегда, независимо от состояния бита ~EOSC. Когда бит ~EOSC запрещен, все регистры данных статичны во времени.

Бит 6: Battery-Backed Square-Wave Enable (BBSQW). Когда этот бит установлен в лог. 1 вместе с INTCN=0 и VCC < VPF, этот бит разрешает вывод прямоугольного сигнала. Когда BBSQW в лог. 0, вывод ~INT/SQW переходит в состояние высокого сопротивления, когда VCC < VPF. Этот бит запрещен (находится в лог. 0), когда питание прикладывается в первый раз.

Бит 5: Convert Temperature (CONV). Установка этого бита в лог. 1 принудительно запускает оцифровку значения датчика температуры. Температура преобразуется в цифровой код, и запускается алгоритм коррекции TCXO, чтобы обновить состояние массива емкостей, корректирующих частоту генератора. Это может произойти только в том случае, когда не выполняется оцифровка температуры. Пользователь должен проверить бит состояния BSY перед тем, как запустить контроллер на новое выполнение оцифровки температуры. Преобразование температуры, запущенное пользователем, не влияет на внутренний 64-секундный цикл автоматического запуска оцифровки температуры.

Преобразование температуры, запущенное пользователем, не влияет на бит BSY примерно 2 мс. Бит CONV остается в лог. 1 от момента его записи до момента завершения преобразования, в котором оба бита, и CONV, и BSY, перейдут в значение лог. 0. Для мониторинга статуса преобразования, запущенного пользователем, должен использоваться бит CONV.

Биты 4 и 3: Rate Select (RS2 и RS1). Эти биты управляют частотой прямоугольного сигнала, когда разрешена его генерация. В таблице ниже показаны частоты этого сигнала, которые могут быть выбраны битами RS2 и RS1. Когда напряжение питание было подано в первый раз, оба этих бита установлены в лог. 1 (соответствует выходной частоте 8.192 кГц).

RS2 RS1 Частота на выходе SQW 
0 0 1 Гц
0 1 1024 Гц
1 0 4096 Гц
1 1 8192 Гц

Бит 2: Interrupt Control (INTCN). Этот бит управляет сигналом ~INT/SQW. Когда бит INTCN установлен в лог. 0, прямоугольный сигнал выводится на ножку ~INT/SQW микросхемы. Когда бит INTCN установлен в лог. 1, то активация выхода ~INT/SQW (активный уровень 0) произойдет в момент совпадения регистров времени и регистров любого из будильников (если эти будильники разрешены). Соответствующий флаг срабатывания будильника установится всегда, независимо от состояния бита INTCN. Когда питание было подано в первый раз, бит INTCN устанавливается в лог. 1.

Бит 1: Alarm 2 Interrupt Enable (A2IE). Когда этот бит установлен в лог. 1, он разрешает активацию ~INT/SQW (когда INTCN=1), если установился флаг будильника 2 (A2F) в регистре статуса. Когда бит A2IE установлен в лог. 0, или когда INTCN установлен в лог. 0, флаг A2F не приведет к активации сигнала прерывания. Бит A2IE запрещен (находится в состоянии лог. 0), когда питание было подано в первый раз.

Бит 0: Alarm 1 Interrupt Enable (A1IE). То же самое, но для будильника 1.

Это регистр состояния (статуса) микросхемы DS3231. Ниже приведено описание функций бит регистра статуса.

Бит 7 6 5 4 3 2 1 0
Имя: OSF EN32kHz BSY A2F A1F
POR: 1 0 0 0 1 X X X

Примечание: POR означает состояние при событии Power-On-Reset (состояние по умолчанию, когда произошло первое включение питания).

Бит 7: Oscillator Stop Flag (OSF). Лог. 1 в этом бите показывает, что либо генератор остановлен постоянно, либо приостановлен на некоторый период времени, что может использоваться о принятии решения о достоверности данных времени. Этот бит устанавливается в любой момент остановки генератора. Следующие примеры показывают ситуации, когда бит OSF установлен:

1) Питание было подано первый раз.
2) Уровни напряжения на обоих линиях VCC и VBAT недостаточны для поддержки генерации.
3) Бит ~EOSC выключен в режиме резервного питания от батареи (battery-backed mode).
4) Внешние помехи, влияющие на кварц (например, шум, утечки тока и т. п.).

Этот бит остается в лог. 1, пока в него не будет записан лог. 0.

Бит 3: Enable 32kHz Output (EN32kHz). Этот бит показывает состояние вывода 32kHz. Когда бит установлен в лог. 1, работа выхода 32kHz разрешена, и на него выводится прямоугольный сигнал с частотой 32 кГц. Когда этот бит установлен в лог. 0, вывод 32kHz переходит в состояние высокого сопротивления. Начальное состояние этого бита при включении питания лог. 1, и сигнал 32.768 кГц появляется на выводе 32kHz после того, как питание подано на DS3231 (если генератор работает).

Бит 2: Busy (BSY). Этот бит показывает, что микросхема занята выполнением функции коррекции частоты генератора (TCXO). Он переходит в лог. 1, когда выставляется сигнал преобразования датчика температуры, и очищается, когда устройство находится в 1-минутном состоянии ожидания.

Бит 1: Alarm 2 Flag (A2F). Лог. 1 в этом бите показывает совпадение регистров будильника 2 и регистров хранения времени. Если A2IE в лог. 1, и INTCN установлен в лог. 1, то будет активирован вывод ~INT/SQW (он будет притянут к лог. 0). A2F очищается, когда в него записывается лог. 0. В этот бит можно записать только лог. 0. Попытка записи в этот бит лог. 1 оставит значение бита в неизменном состоянии.

Бит 0: Alarm 1 Flag (A1F). То же самое, только для будильника 1.

Это регистр, дающий возможность учитывать старение генератора.

Бит 7 6 5 4 3 2 1 0
Имя: знак данные данные данные данные данные данные данные
POR: 0 0 0 0 0 0 0 0

Примечание: POR означает состояние при событии Power-On-Reset (состояние по умолчанию, когда произошло первое включение питания).

Регистр aging offset (дословно переводится как «смещение по возрасту») получает значение, определяемое пользователем, которое добавляется или вычитается из кодов в регистрах массива корректирующих емкостей. Значение в этом регистре закодировано в формате двоичного целого числа со знаком с дополнением до 2, где бит 7 представляет бит знака числа. Остальные биты соответствую маленькому конденсатору из массива, который будет либо подключен, либо отключен от выводов кварца генератора. Значение коррекции старения будет добавлять или отнимать емкость из значение емкости, которое устройство вычисляет на каждой процедуре компенсации частоты по температуре. Регистр смещения добавляется к массиву емкостей по время обычного преобразования значения датчика температуры, если температура поменялась от своего последнего преобразования, или при ручном запуске преобразования пользователем (установкой бита CONV). Чтобы немедленно увидеть эффект от работы регистра старения на выходе 32kHz, после каждого изменения регистра Aging Offset должно быть вручную запущена процедура преобразования температуры.

Положительные значения в этом регистре добавляют емкость в массив, уменьшая тем самым частоту генератора. И соответственно отрицательные значения убавляют емкость из массива конденсаторов, увеличивая тем самым частоту генератора.

Изменения частоты в единицах ppm на вес младшего бита отличается для разных температур. Кривая зависимости частоты от температуры сдвигается на значения, указанные в этом регистре. При температуре +25°C вес одного младшего разряда регистра обычно предоставляет регулировку частоты около 0.1 ppm.

Использование регистра старения не требуется для достижения точности, указанной в таблице характеристик (см. врезку «Параметры применения и диаграммы сигналов»), но должно использоваться для того, чтобы помочь скомпенсировать старение микросхемы на имеющейся температуре. См. врезку «Типовые графики параметров» для графика, показывающего эффект действия этого регистра от температуры.

Temperature Registers (11h, 12h). Температура представлена 10-битным кодом с разрешающей способностью 0.25°C, и она доступна по в регистрах по адресам 11h и 12h. Температура кодируется целым числом со знаком в формате дополнения до 2 (two’s complement format). Старшие 8 бит по адресу 11h дают целую часть температуры, и младшие 2 бита, находящиеся в старшем ниббле байта по адресу 12h, дают дробную часть температуры. Например, 00011001 01b = +25.25°C. После сброса при включении питания эти регистры устанавливаются в температуру по умолчанию 0°C, и контроллер запускает процедуру преобразования температуры. Температура считывается при первой подаче напряжения VCC, или при доступе по шине I2C, когда питание осуществляется от VBAT, или иначе автоматически каждые 64 секунды. Регистры температуры обновляются после каждого преобразования, инициированного пользователем,и каждые 64 секунды, когда конверсия запускается автоматически. Регистры температуры работают только на чтение (read-only), записать их нельзя.

[Последовательная шина данных I2C]

Микросхема DS3231 поддерживает двунаправленную шину и протокол передачи данных I2C. Устройство, которое посылает данные по шине, определено как передатчик, и устройство, которое получает данные, определено как приемник. Устройство на шине I2C, которое управляет передачей сообщений, называется главным (master), в качестве главного устройства выступает микроконтроллер. Устройства на шине I2C, которыми управляет главное устройство, называются подчиненными (slave). Шина должна управляться мастером посредством генерации сигнала тактов (serial clock, SCL), управления доступа к шине, и генерации событий START и STOP. Микросхема DS3231 работает на шине I2C как подчиненное устройство. Подключение к шине осуществляется через вход SCL и сигнал с открытым стоком SDA. По стандарту шины I2C различают стандартный режим скорости (standard mode) с максимальной тактовой частотой 100 кГц, и быстрый режим (fast mode) с максимальной частотой 400 кГц. Микросхема DS3231 работает в обоих этих режимах.

Определен следующий протокол шины (см. рис. 2):

• Передача данных может быть инициирована только тогда, когда шина не занята (оба сигнала SDA и SCL в лог. 1).
• Во время передачи данных сигнал данных (SDA) должен оставаться в стабильном состоянии всякий раз, когда сигнал тактов (SCL) находится в лог. 1. Изменения на линии данных, когда линия тактов находится в лог. 1, интерпретируются как специальные управляющие сигналы.

Соответственно определены следующие состояния (условия) на шине:

Bus not busy (шина не занята): оба сигнала, SDA и SCL, остаются в лог. 1.

START data transfer (начало передачи данных): изменение на SDA 1->0, когда SCL=1, определяет событие старта данных (START condition).

STOP data transfer (остановка передачи данных): изменение на SDA 0->1, когда SCL=1, определяет событие остановки данных (STOP condition).

Data valid (данные достоверны): состояние на SDA представляет достоверные данные, когда после START condition сигнал SDA стабилен в течение периода, когда SCL=1. Данные на линии должны меняться во время периода, когда SCL=0. Таким образом, на один бит данных приходится один импульс тактов SCL.

Каждая передача данных (в любую сторону) инициируется START condition и завершается STOP condition. Количество передаваемых байт данных между событиями START и STOP не ограничивается, и это определяется алгоритмом работы главного устройства на шине (master device, управляющий микроконтроллер). Информация передается по байтам, и приемник подтверждает прием байта в девятом бите.

Acknowledge: каждое принимающее устройство, будучи адресованным на шине, обязано подтвердить прием каждого байта. Для этого master должен генерировать дополнительный импульс такта SCL, который ассоциируется с битом подтверждения.

Устройство, которое подтверждает (acknowledge) прием, должно притянуть к лог. 0 линию SDA во время такта подтверждения, чтобы SDA оставалась в лог. 0 во время всего периода лог. 1 на выводе SCL такта подтверждения. Конечно, при этом должны учитываться интервалы установки и удержания уровня сигнала (setup and hold times, от которых зависит скорость передачи данных). Устройство master должно сигнализировать об окончании данных для slave-устройства путем не генерирования бита acknowledge на последнем байте, когда он выдвинут из slave-устройства. В этом случае slave-устройство должно оставить SDA в лог. 1, чтобы позволить устройству master сгенерировать на шине STOP condition.

Рис. 2. Обзор передачи данных по I2C.

Рис. 3 и 4 показывают, как передаются данные по шине I2C. В зависимости от состояния бита R/W, возможны 2 типа передачи данных:

Master передатчик, slave приемник. Первый байт, который передает master, является адресом устройства slave на шине (на шине I2C может присутствовать несколько подчиненных устройств). За первым байтом адреса идет некоторое количество байт данных. Устройство slave возвращает бит подтверждения после каждого принятого байта. Данные передаются через SDA старшим битом (most significant bit, MSB) вперед.

Рис. 3. Режим записи, когда данные передаются от главного устройства к подчиненному (Data Write — Slave Receiver).

Slave передатчик, master приемник. Первый байт (адрес slave-устройства) передается устройством master. В ответ на него адресованное slave-устройство вернет бит подтверждения. Поле этого идут байты данных, передаваемые slave-устройством для master-устройства. Master возвращает бит подтверждения после всех принятых байт, кроме последнего. По окончании приема последнего байта не подтверждение не возвращается.

Рис. 4. Режим чтения, когда данные передаются от подчиненного устройства к главному (Data Read — Slave Transmitter).

Устройство master генерирует все тактовые импульсы и условия START и STOP шины. Передача заканчивается выдачей STOP condition, или повторением START condition. Поскольку повтор START condition также означает начало следующей передачи, шина не освобождается. Данные передаются через SDA старшим битом (MSB) вперед.

Рис. 5. Операция записи/чтения данных (Data Write/Read, запись указателя, затем чтение) — подчиненное устройство принимает и передает.

Микросхема DS3231 может работать в следующих 2 режимах:

Slave receiver mode (режим записи DS3231): последовательные данные и такты передаются через сигналы SDA и SCL. После каждого принятого байта микросхемой передается бит подтверждения (acknowledge bit). Условия START и STOP распознаются как начало и окончание последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса подчиненного устройства на шине (slave address) и бита направления передачи (direction bit). Байт, содержащий slave address, является первым байтом, который принимается микросхемой после того, как master генерирует START condition. Байт slave address содержит 7 бит адреса DS3231, которые должны быть равны 1101000, за которым идет direction bit (бит R/~W, определяющий, чтение будет или запись), который равен 0 для записи. После приема и декодирования байта slave address, микросхема DS3231 выводит acknowledge на линию SDA. После того, как DS3231 подтвердит slave address + бит записи, устройство master передает слово адреса в DS3231. Это установит регистр указателя DS3231, после чего DS3231 подтвердит эту передачу. Устройство master может затем передать 0 или большее количество байт данных, каждый из которых подтверждается микросхемой DS3231. Регистр указателя инкрементируется после передачи каждого байта. Для завершения записи устройство master генерирует STOP.

Slave transmitter mode (режим чтения DS3231): первый байт принимается и обрабатывается так же, как и в slave receiver mode. Однако в этом режиме direction bit показывает обратное направление передачи данных. Последовательные данные передаются микросхемой DS3231 через сигнал SDA, пока сигналы тактов поступают на линию SCL. События START и STOP распознаются как начало и окончание последовательной передачи. Распознавание адреса выполнятся аппаратно после приема slave address и direction bit. Байт slave address это первый байт, принятый после того, как master сгенерировал START condition. Байт slave address содержит 7-бит адреса микросхемы DS3231, которые равны 1101000, за которыми следует direction bit (R/~W), который для чтения равен 1. После приема и декодирования байта slave address, микросхема DS3231 выводит acknowledge на сигнал SDA. Затем DS3231 начинает передавать данные, начиная с регистра, на который указывает текущее значение регистра указателя адреса (register pointer). Если register pointer не был записан перед инициацией режима чтения, то первый прочитанный регистр будет по адресу, который остался в register pointer при последней операции доступа. По окончании чтения DS3231 должна не получить acknowledge от устройства master.

[Как работать с микросхемой]

Корпус микросхемы DS3231 содержит внутри точно настроенный кристалл кварца. Можно использовать при монтаже оборудование автоматической установки и пайки, однако следует соблюдать меры предосторожности для того, чтобы избегать лишних ударов и ускорений. Следует избегать очистки плат с применением ультразвука, чтобы предотвратить повреждение кварца.

Избегайте разводки проводников сигналов под микросхемой, кроме заливки шиной земли, которая должна быть размещена между корпусом микросхемы и сигнальными линиями. Все выводы, помеченные N.C. (no connect, нет соединения) должны быть подключены к земле (GND).

Чувствительные к влаге корпуса микросхем поставляются с завода в специальной сухой упаковке. Следуйте инструкциям, перечисленным на упаковке, чтобы предотвратить повреждения в процессе пайки. Обратитесь к стандарту IPC/JEDEC J-STD-020 для классификации чувствительного к влаге устройства (moisture-sensitive device, MSD) и получения информации по профилям пайки. Количество прохождения через термопрофиль ограничено максимум двумя процедурами пайки.

Информацию о покупке и маркировке различных версий поставки микросхемы см. в даташите [1].

[Ссылки]

1. DS3231 Extremely Accurate I2C-Integrated RTC/TCXO/Crystal site:maximintegrated.com.

Микросхема часов реального времени DS3231.

Микросхема часов реального времени DS3231.

Микросхема DS3231 выполнена в виде полностью законченного устройства, содержащего все необходимые элементы. На кристалле размещены непосредственно часы реального времени, генератор тактовой частоты и схема температурной компенсации. Такое решение позволило отказаться от дополнительных внешних радиодеталей, за исключением необходимых для реализации интерфейса I2C.

Генератор частоты в разных модификациях микросхем отличается по принципу работы. В корпусе DS3231 упакован классический кварцевый резонатор. Модификация DS3231M использует более продвинутую технологию MEMS-резонатора. Размещение генератора в корпусе прибора упростило конструирование пользовательских устройств, а благодаря температурной компенсации обеспечивается высокая точность хода. Модуль термокомпенсатора включает в себя термодатчик и управляемый температурой делитель частоты. Нестабильность хода часов DS3231 не превышает примерно 2 секунд за год в обычных условиях. При работе в области высоких или низких температур нестабильность оказывается в полтора раза выше. Для DS3231M нестабильность уменьшена примерно до 0.5 секунды за год. Также в схеме предусмотрена компенсация смещения частоты, вызываемого старением устройства.

Типовая схема включения DS3231

Часы DS3231 поддерживают работу с секундами, минутами, часами, днями, месяцами и годами. Максимальное значение года не может превышать 2100. Формат данных использует двоично-десятичное представление числа. Часы можно отображать в 12 или 24-часовом формате. В DS3231 реализовано две уставки сигнализации. Формат задания ограничен значением даты. Управление конкретным способом срабатывания ведется через значения старших битов регистра уставок.

Результаты измерения температуры доступны для пользователя. Точность термометра заявлена производителем на уровне 3 градусов. Результат измерений температуры представляется 10-битным числом с учетом знака. Период определения температуры составляет 64 секунды. Пользователь также может запросить преобразование в любой момент времени.

Расположение выводов DS3231 и DS3231M

DS3231 собрана в корпусе SO-16, размер которого больше других аналогичных устройств. Очевидно это дань реализованному резонатору. Для общения с внешними устройствами используется шина I2C, дополненная выводами 32KHz и Reset. Электрические параметры этих линий совпадают с требованиями стандарта I2CАдрес микросхемы на шине 11010000 в двичном формате.Более современный вариант DS3231MZ получил корпус SO-8. При этом его распиновка позволяет применять эту микросхемe вместо ее более крупных моделей.

В серии DS323xвыпускаются еще две микросхемы:DS3232 и DS3234. Первая оснащена встроенной памятью SRAM емкостью 236 байт. Среди других особенностей более сложная система управления микросхемой и ограничение нижней частоты работы интерфейса. В DS3234 емкость памяти увеличена до 256 байт, а интерфейс заменен на SPI.

Описание выводов DS3231 и DS3231MZ

Номер вывода

Обозначение

Описание

SO-16

SO-8

1

1

32kHz

Выход частоты 32768Гц. Открытый сток. Требует подключения через внешний резистор к шине питания. Может оставаться не подключенным.

2

2

Vcc

Вход напряжения питания. Открытый сток. Должен быть подключен к земле, если не используется.

3

3

INT/SQW

Выход прерывания/частоты. Открытый сток. Требует подключения через внешний резистор к шине питания. Может оставаться не подключенным. В режиме прерывания активное состояние – низкое.

4

4

RST

Вход сброса. Активное состояние – низкое.

5-12

NC

Не используются

13

5

GND

Земля

14

6

Vbat

Вход резервного питания. Если не используется, то должен быть подключен к земле.

15

7

SDA

Информационный вход шины I2C. Требует подключения через внешний резистор к шине питания.

16

8

SCL

тактовый вход шины I2C. Требует подключения через внешний резистор к шине питания.

 

Электрические характеристики микросхемы DS3231 

Параметр

Значение

Размерность

Мин.

Типовое

Макс.

Напряжение питания

Vcc

2.3

3.3

5.5

В

Напряжение питания от батареи

Vbat

2.3

3.0

5.5

В

Ток, потребляемый в активном режиме

Vcc=5.5В

Icca

 

 

300

мкА

Vcc=3.63В

200

мкА

Ток, потребляемый при отсутствии обмена по шине

Vcc=5.5В

Iccs

 

110

мкА

Vcc=3.63В

170

мкА

Ток, потребляемый в режиме измерения температуры

Vcc=3.63В

Iccsconv

 

575

мкА

Vcc=5.5В

650

мкА

Ток, потребляемый в активном режиме при работе от батареи

Vbat=5.5В

Ibata

 

150

мкА

Vbat=3.0В

70

мкА

Ток, потребляемый в спящем режиме при работе от батареи

Vbat=5.5В

Ibatt

 

0.84

3.0

мкА

Vbat=3.0В

1.0

3.5

мкА

Ток, потребляемый в режиме измерения температуры при работе от батареи

Vbat=5.5В

Ibatс

 

575

мкА

Vbat=3.0В

650

мкА

Выходная частота на 32kHz

Fout

 

32.768

 

кГц

Частота работы линии SCL

Fscl

0

 

400

кГц

Диапазон рабочих температур для коммерческого исполнения

 

0

 

+70

Град. Цельсия

Диапазон рабочих температур для индустриального исполнения

 

-40

 

+85

Град. Цельсия

 

Описание регистров микросхемы DS3231

Для организации обмена по шине I2C и задания режимов работы микросхемы, предусмотрено 19 регистров. В разных моделях имеются некоторые отличия в составе битов управления. 

Адрес

Бит

7

Бит

6

Бит

5

Бит

4

Бит

3

Бит

2

Бит

1

Бит

0

Функция

Диапазон

00h

0

Десятки секунд

Единицы секунд

Секунды

00-59

01h

0

Десятки минут

Единицы минут

Минуты

00-59

02h

0

12/24

AM/PM

10 Часов

Единицы часов

Часы

1-12+AM/PM

00-23

20 Часов

03h

0

0

0

0

0

День недели

Дни

1-7

04h

0

0

Десятки даты

Единицы даты

Дата

1-31

05h

Столетие

0

0

Десятки месяца

Единицы месяца

Месяц/Столетие

1-12+Столетие

06h

Десятки года

Единицы года

Год

00-99

07h

A1M1

Десятки секунд

Единицы секунд

Уставка 1 Секунды

00-59

08h

A1M2

Десятки минут

Единицы минут

Уставка 1 Минуты

00-59

09h

A1M3

12/24

AM/PM

10 Часов

Единицы часов

Уставка 1 Часы

1-12+AM/PM

00-23

20 часов

0Ah

A1M4

DY/DT

Десятки даты

День недели

Уставка 1 Дни

1-7

Единицы даты

Уставка 1 Дата

1-31

0Bh

A2M2

Десятки минут

Единицы минут

Уставка 2 Минуты

00-59

0Ch

A2M3

12/24

AM/PM

10 часов

Единицы часов

Уставка 2 Часы

1-12+AM/PM

00-23

20 часов

0Dh

A2M4

DY/DT

Десятки даты

День недели

Уставка 2 Дни

1-7

Единицы даты

Уставка 2 Дата

1-31

0Eh

EOSC

BBSQW

CONV

RS2

RS1

INTCH

A2IE

A1IE

Регистр управления

0Fh

OSF

0

0

0

EN32kHz

BSY

A2F

A1F

Регистр состояния

10h

SIGN

DATA

DATA

DATA

DATA

DATA

DATA

DATA

Смещение

11h

SIGN

DATA

DATA

DATA

DATA

DATA

DATA

DATA

Старший байт температуры

12h

DATA

DATA

0

0

0

0

0

0

Младший байт температуры

 

Регистр управления 

Бит 7

Бит 6

Бит 5

Бит 4

Бит 3

Бит 2

Бит 1

Бит 0

EOSC

BBSQW

CONV

RS2

RS1

INTCH

A2IE

A1IE

0

0

0

1

1

1

0

0

Значение при подаче питания

  

Бит 7. EOSC – Включение генератора. Если бит установлен в единицу, генератор работает всегда. Если бит равен 0, генератор выключается при переходе на батарейное питание.  После включении питания бит находится в нулевом состоянии.

Бит 6 BBSQW — Включение выхода. Если бит установлен в 1 и INTCN=0, разрешено формирование выходного импульсного сигнала. Частота сигнала задается RS1 и RS 2. В микросхеме DS3231M частота постоянна и равна 1 Гц. Если бит равен 0, выход INT/SQW переведен в высокоимпедансное состояние. После включении питания бит находится в нулевом состоянии.

Бит 5. CONV – Преобразование температуры. Установка бита запускает процесс измерения температуры. Бит находится в единичном состоянии все время, пока не закончится процесс преобразования. Перед установкой данного бита требуется проверить состояние BSY.

Бит 4 и Бит 3. RS1 и RS2 — Установка выходной частоты. Биты не реализованы в DS3231M. В других микросхемах их значение устанавливает выходную частоту на выводе SQW, при установленном бите BBSQW

RS1

RS2

Частота на выводе SQW

0

0

1 Гц

0

1

1.024 Гц

1

0

4.096 Гц

1

1

8.192 Гц

Бит 2. INTCN — Контроль прерываний. При нулевом значении бита выходной сигнал определяется битом BBSQW. При единичном значении выход INT/SQW устанавливается в 1 при совпадении счетных регистров времени и регистров уставки. Флаги совпадения времени и уставки A1F и A2F устанавливаются независимо от состояния INTCN. После подачи питания значение бита равно 1.

Бит 1. A2IE — Разрешение тревоги 2. При установке в 1 бит разрешает формирование сигнала тревоги по уставке 2 на выводе INT/SQW при INTCN=1.

Бит 0. A1IE — Разрешение тревоги 1. При установке в 1 бит разрешает формирование сигнала тревоги по уставке 1 на выводе INT/SQW при INTCN=1.

Регистр состояния

Бит 7

Бит 6

Бит 5

Бит 4

Бит 3

Бит 2

Бит 1

Бит 0

OSF

0

0

0

EN32kHz

BSY

A2F

A1F

0

0

0

1

1

1

0

0

Значение при подаче питания

 

Бит 7. OSF – Флаг останова генератора. Значение 1 в этом бите указывает что генератор остановлен  Причины останова могут быть следующие:

— Подано питание, инициализация не произведена.

— Напряжения, на входах VCC и VBAT, недостаточны для генерации колебаний.

— Бит EOSC выключен, микросхема работает от батареи.

— Внешние воздействия на кристалл (то есть шум, утечка,и т.д.).

Биты 6 – 4. Не используются

Бит 3. EN32KHZ — Разрешение выхода 32kHz. При установке в единицу, на выходе 32kHz формируется частота 32768 Гц при условии работы генератора. Значение 0 переключает выход в высокоимпедансное состояние.

Бит 2. BSY — Флаг преобразования температуры. Значение 1 сигнализирует о процессе преобразования температуры. По завершении бит сбрасывается в 0.

Бит 1. A2F — Флаг тревоги 2. Бит устанавливается в 1, когда значение счетного регистра совпадает с уставкой 2. Сбрасывается в 0 пользователем.

Бит 0. A1F — Флаг тревоги 1. Бит устанавливается в 1, когда значение счетного регистра совпадает с уставкой 1. Сбрасывается в 0 пользователем.

Выбор режима работы уставок

Микросхема DS3231 имеет возможность задавать несколько типов уставки, для реагирования на разные временные интервалы. Для задания конкретного типа используются биты A1M1-A1M4 для первой уставки, и биты A2M2 — A2M4 для второй.

Выбор режима для первой уставки

DY/DT

Маска битов уставки

Функция

A1M4

A1M3

A1M2

A1M1

х

1

1

1

1

Срабатывание один раз в секунду

х

1

1

1

0

Срабатывание по значению секунд

х

1

1

0

0

Срабатывание по значению минут и секунд

х

1

0

0

0

Срабатывание по значению часов, минут и секунд

0

0

0

0

0

Срабатывание по значению даты, часов, минут и секунд

1

0

0

0

0

Срабатывание по значению дня недели, часов, минут и секунд

Выбор режима второй уставки

DY/DT

Маска битов уставки

Функция

A2M4

A2M3

A2M2

 

х

1

1

1

Срабатывание один раз в минуту (00 секунд)

х

1

1

0

Срабатывание по значению минут

х

1

0

0

Срабатывание по значению часов и минут

0

0

0

0

Срабатывание по значению даты, часов и минут

1

0

0

0

Срабатывание по значению дня недели, часов и минут

 

 

Микросхема часов реального времени PCF8583

Микросхема часов реального времени PCF8583

Микросхема PCF8583  выполняет функции часов реального времени, таймера, счетчика событий и статического ОЗУ емкостью 240 байт. Для передачи данных используется шина I2C. Микросхема изготавливается в 8-ми выводном корпусе.

 Назначение выводов

OSC1 – вход внешнего генератора 32768Гц.
OSC2 — выход генератора.
A0 – Линия выбора адреса
Vss – общий провод питания
SDA – линия данных шины I2C
SCL – линия тактового сигнала шины I2C
INT – выход прерывания для внешнего устройства. Требует подключения подтягивающего резистора.
Vdd– линия питания

Схема распределения памяти

Фактически микросхема PCF8583 представляет собой статическое ОЗУ, емкостью 256 байт, у которого первые 16 байт являются регистрами специального назначения. Назначение некоторых регистров зависит от режима работы микросхемы. Режим задается в регистре состояния имеющем адрес 00h. Все числа в регистрах часов по умолчанию хранятся в BCD формате. 

Адрес

Описание

00h

Регистр состояния

01h

Доли секунд

1/10с

1/100с

02h

Секунды

10с

03h

Минуты

10мин

1мин

04h

Часы

10ч

05h

Дата

10дн

06h

Месяц

10мес

1мес

07h

Таймер

10дн

08h

Регистр тревог

09h

Тревога. Доли секунд

1/10с

1/100с

0Ah

Тревога. Секунды

10с

0Bh

Тревога. Минуты

10мин

1мин

0Ch

Тревога. Часы

10ч

0Dh

Тревога.Дата

0Eh

Тревога. Месяцы

0Fh

Таймер тревоги

10h…FFh

Статическое ОЗУ

 Регистр состояния

Регистр состояния содержит биты задания режимов работы микросхемы и флаги.

 

7

6

5

4

3

2

1

0

SC

HLC

CM1

CM0

Mask

Alarm

FT1

FT0

  • FT0 – флаг Timer. Если бит Alarm установлен в 0, данный бит переключается с частотой 1 Гц.
  • FT1 – флаг Timer. Если бит Alarm установлен в 0, данный бит переключается с частотой ½ мин.
  • Alarm – бит разрешения режима «тревога» ( 0 — запрещен, 1 – разрешен)
  • Mask – при установке 1 позволяет считывать значения даты и месяца (05h,06h) в виде числа, а не в BCD формате.
  • CM1, CM0 – биты установки режима. 00 – часы с входной частотой 32768Гц, 01 – часы с входной частотой 50Гц, 10 – счетчик событий, 11 – режим тестирования.
  • HLC –
  • SC – флаг останова счета (0 – счет идет, 1 – счет остановлен по условию) 

Режим часов (Clock mode)

Режим часов устанавливается путем записи 00b или 01b в биты 4,5 регистра состояния.

В данном режиме микросхема осуществляет счет импульсов от тактового генератора и на основе этих данных вычисляет время и дату. Значения заносятся в регистры 01h-07h в двоично-десятичном формате. Старший полубайт отвечает за десятки, а младший за единицы. При чтении данных в регистрах 05h,06h рекомендуется устанавливать флаг mask. Это позволяет читать дату и месяц, не проводя дополнительных вычислений. Все регистры доступны на чтение и запись. Это позволяет установить текущее время, просто записав нужное значение в соответствующий регистр.

 В режиме часов имеются некоторые особенности работы регистров 04h-05h.

 Регистр Часов (04h)

Начальная установка после сброса – 00000000b 

7

6

5

4

3

2

1

0

HM

AM/PM

Dh2

DH0

h4

h3

h2

H0

  • H0-h4 – единицы часов в BCD формате
  • DH0-Dh2 – десятки часов
  • AM/PM – флаг до и после полудня.
  • HM – режим работы регистра часов (0 – 24-часовой формат AM/PM не задействован, 1 – 12-часовой формат с установкой флага AM/PM). 

Регистр Дата (05h)

Начальная установка после сброса – 00000001b 

7

6

5

4

3

2

1

0

Y1

Y0

DD1

DD0

D3

D2

D1

D0

  • D0-D3 – единицы дней в BCD формате
  • DD0-DD1 – десятки дней
  • Y0-Y1 – год. В случае установки флага Mask данные биты читаются как 0 

Регистр Месяц (06h)

Начальная установка после сброса – 00000001b 

7

6

5

4

3

2

1

0

W2

W1

W0

DM0

M3

M2

M1

M0

  • M0-M3 – единицы номера месяца в BCD формате
  • DM0 – десятки номера месяца
  • W0-W2 – номер недели в месяце. В случае установки флага Mask данные биты читаются как 0 

В режиме часов можно запустить таймер (07h). Он включается, если в регистре состояния записывается комбинация ХХ0Х Х1ХХb. Таймер имеет диапазон счета от 0 до 99. В случае переполнения таймера устанавливается флаг Timer в регистре состояния. Сброс этого флага осуществляется программно, путем обнуления соответствующих битов. Выбор функции счета  таймера выполняется в регистре тревог — Alarm Control (08h). В этом же регистре возможно подключить выход таймера к выводу INT микросхемы. 

Режим Alarm

Микросхема PCF8583 имеет возможность генерировать сигнал события (прерывания) при совпадении значений в счетных регистрах и регистрах alarm. При генерации сигнала могут учитываться не все регистры. Например, при ежедневном сигнале игнорируются значения, находящиеся в регистрах Тревога.Дата, Тревога.Месяцы.

 

Регистр Alarm Control (08h)

 

7

6

5

4

3

2

1

0

IntA

AT

A1

A0

IntT

T2

T1

T0

  • T0-T2 – функции таймера

000 – без таймера
001 – десятки и сотни секунд
010 – секунды
011 – минуты
100 – часы
101 – дни
110 – не используется
111 – тестовый сигнал на всех интервалах

  • IntT – прерывание от таймера (0 — нет, 1 — есть)
  • A0-A1 – функция alarm (00 – нет, 01 – ежедневный alarm, 10 – еженедельный alarm, 11 – alarm по дате).
  • AT – alarm по таймеру (0 — выкл, 1 — вкл)
  • IntA  — прерывание по режиму alarm (0 – нет, 1 – есть)

You have no rights to post comments

STMicroelectronics выпустила самую миниатюрную микросхему часов реального времени со встроенным кристаллом

2 Авг 2017

Компания STMicroelectronics анонсировала самую миниатюрную на данный момент микросхему часов реального времени со встроенным кварцевым резонатором M41T62. Специалисты ST объединили самый миниатюрный полупроводниковый кристалл и кварцевый резонатор в одном корпусе. Корпус имеет размеры 3,2 x 1,5 мм, а существующие на рынке предложения до сих пор включали в подобном корпусе только резонатор без часов. Устройство выполняет функции часов, календаря и будильника. Кроме того, микросхема M41T62 обеспечивает сверхнизкое энергопотребление.

M41T62 идеально подходит под нужды устройств с батарейным питанием. Работая от низкого напряжения 1,3…4,4 В, микросхема может питаться напрямую от Li-ion батареи и потреблять всего 350 нА. Многие микроконтроллеры имеют встроенные часы реального времени, но часто обеспечивают только часть функций и требуют внешнего кварцевого резонатора.

M41T62 упрощает разработку продуктов. Микросхема выдает стабильный сигнал 32 кГц уже по включению, что гарантирует надежный старт для многих сегодняшних процессоров и подсистем, таких как модули Bluetooth. Дополнительные функции, такие как детектирование отказа генератора, фиксация момента времени выключения питания, детектирование низкого напряжения батареи, позволяют отслеживать проблемы с питанием без использования внешних компонентов.

M41T62 может найти применение и улучшить характеристики таких продуктов, как SLR-цифровые камеры, GPS-приемники, портативные мультимедиа-плееры, кардридеры, портативные медицинские мониторы, такие как глюкозометры.

Ключевые особенности M41T62
• 3.2 x 1.5 мм бессвинцовый керамический корпус
• RTC и кристалл в наименьших среди имеющихся на рынке габаритах
• Сверхнизкое энергопотребление 350 нА при 3 В
• Низкое рабочее напряжение: 1,3…4,4 В
• Обеспечивает стабильные 32 кГц при старте
• Детектирование неисправности кристалла
• Счет времени вплоть до 1,0 В
• Программируемые будильник и сторожевой таймер
M41T62 выходит в массовое производство в безвыводном корпусе LCC8.

По вопросам заказа образцов и приобретения продукции STMicroelectronics обращайтесь к руководителю направления активных компонентов Юрию Емельянову.

RTC-часы в ZX-Spectrum

3 / 10 020

Версия для печати

За последние 10-15 лет, наверное, уже много было сказано про использование часовых микросхем в ZX-Spectrum. Так что эта статья не будет открытием или чем-то принципиально новым. Здесь я постараюсь просто и занятно рассказать об использовании специализированных «часовых» микросхем семейства MC146818 и их более «продвинутых» собратьев в компьютере ZX-Spectrum.

Зачем вообще нужны часы в компьютере? Вопрос интересный и с первого взгляда кажется банальным. Конечно же для того, чтобы знать текущее время. А зачем это надо? Мне, как пользователю, удобнее кинуть взгляд на часы на стене или на руке. Т.е. мне непринципиально узнавать время именно от компьютера, за которым я работаю. Всё-таки часы в компьютере более нужны самому компьютеру.

Следующий вопрос — а для каких таких целей компьютеру могут быть нужны часы? Для игр? Вроде бы нет. Для системных программ тоже не особо эти часы нужны. В ленточных копировщиках используется отсчёт времени загрузки программ, но там нужны не часы, а секундомер, что с успехом реализовано от внутренних прерываний. В TR-DOS и при работе с магнитофоном вроде бы нет никаких программ, которые использовали бы текущее время и дату. Разве что какие-нибудь картотеки и базы данных…

А вот при наличии полноценной операционной системы с нормальной файловой системой текущее время и дата очень даже актуальны. Всё дело в том, что у файла есть понятие как время и дата его создания или модификации, чтобы было легко узнать когда файл был создан или последний раз изменён. Ярким примером тому является операционная система iS-DOS. В ней даже программу специальную написали, которая загружается при старте системы и просит ввести текущую дату:

Микросхемы часов реального времени

Как же ввести в компьютер часы, которые не останавливаются при выключении компьютера? Как обычно, всё уже давно придумали буржуины — у них есть микросхема часов реального времени (RTC — Real-Time Clock) — Motorola MC146818 (или аналогичная — у других фирм).

Аналог MC146818

Аналог MC146818

Микросхема представляет собой устройство, позволяющее работать в составе микропроцессорной системы. Т.е. она способна по определённым сигналам выдавать на общую шину данные о текущем времени/дате или наоборот, записывать в свою память данные (если надо изменить время/дату). Микросхема требует «обвязку» из внешних элементов, кварцевый резонатор и, конечно же, батарейку, от питания которой внутри микросхемы «тикают» часы, когда компьютер выключен. Микросхема в отключенном режиме (когда к ней нет обращения со стороны процессора) потребляет такой мизерный ток (микроамперы), что от обычной батарейки в 4,5В может работать очень и очень долго.

Помимо часов микросхема имеет в себе 50 байт энергонезависимого ОЗУ. Именно из-за этого микросхему HD146818 ставили повсеместно в материнские платы IBM PC AT. В ячейках ОЗУ микросхемы удобно хранить текущие настройки BIOS. В ZX-Spectrum эти ячейки тоже используются, правда единого стандарта на их использование не существует. Мне точно известно, что Quick Commander хранит в часах некоторые свои настройки. А также ячейки памяти часов я использовал в BIOS для компьютера Pentagon для хранения настроек собственного BIOS’а.

На особенностях MC146818 я остановлюсь несколько подробнее, это в дальнейшем позволит без особого труда разобраться с дальнейшими модификациями этой микросхемы.

Особенности микросхемы MC146818

  • Внешний кварцевый резонатор с соответствующей «обвязкой». Вот минимальная схема включения из даташита на MC146818:
  • Не знаю как у других, но у меня такое включение кварца работало не всегда устойчиво. Вернее пока компьютер был включен, всё работало как надо. Но в выключенном состоянии микросхема могла ускорить ход часов или наоборот, замедлить его. Не раз микросхема самовозбуждалась, результатом чего было повышенный ток потребления от батарейки и быстрый разряд последней.

    Не буду утверждать, но подозреваю, что такие проблемы преследовали и разработчиков IBM PC AT, потому что в материнских платах 286-х компьютеров использовалась совершенно другая схема включения кварцевого резонатора:

    Как видно, разработчики не доверились внутреннему генератору микросхемы часов и сделали внешний генератор на микросхеме MC14069. Она отличается микромощным энергопотреблением. Так как она питается от батарейки, то это актуально. Несмотря на кажущуюся сложность этой схемы она работает замечательно. Я гарантирую это! Повторял, проверял — работает. Если не верите мне, то посмотрите на 286-й компьютер — в нем всё хорошо работает :)

  • Следующая особенность микросхемы — требуется обеспечение безглючного хранения информации в ячейках памяти часов в любом режиме работы. Вся проблема состоит в том, что при включении компьютера на шинах происходят переходные процессы (сигналы могут меняться хаотически), что в определённой комбинации может вызвать порчу данных в ячейках микросхемы.
  • Проблема существенная. Когда я экспериментировал с микросхемами часов, то часто получал порчу информации в них именно из-за этого.

    Казалось бы для этой цели нужно просто подать уровень лог.1 на вход выбора микросхемы — /CE (13-й вывод). Но тут не всё так просто. Уровень лог.1 должен поддерживаться даже когда компьютер выключен. Т.е. опять же требуется питание схемы коммутации от батарейки. А как тогда получить доступ к часам? Потребуется какими-то внешними схемами подавать лог.0 на вход выбора микросхемы. Т.е. получается по-любому этот вход будет «завязан» на внутренние шины компьютера, на которых при включении будут происходить переходные процессы. Замкнутый круг получается какой-то…

    Но выход есть. Взглянем снова на схему включения MC146818 в 286-м компе:

    Очень остроумное решение — для разрешения работы микросхемы используется сигнал Power Good от источника питания AT. В выключенном состоянии он «притянут» к общему проводу. Сигнал инвертируется на MC14069 и подаётся на микросхему часов. Таким образом убиваются сразу два зайца — обеспечивается подача лог.1 на вход выбора часов даже при выключенном питании и обеспечивается безглючное хранение информации. После включения питания компьютера сигнал Power Good переходил в лог.1 только когда, когда все напряжения на выходах источника питания придут в норму, и компьютер начнёт работу.

    В ZX-Spectrum тоже можно сделать так. А если в источнике питания нет сигнала Power Good, то эта проблема тоже решается, но об этом чуть позже.

  • Третья особенность состоит в том, что процессор компьютера может получить доступ к микросхеме целыми двумя способами. Микросхема сама автоматически определяет по какому стандарту к ней обращаются и ведёт себя соответствующим образом.
  • Существует два стандарта обращения процессора компьютера к мкросхеме часов — стандарт «Motorola» и «Intel». Различие между ними состоит в различных способах передачи данных микросхеме.

    Микросхема имеет два входа выбора режима работы — работа с адресом ячейки памяти и работа с данными, содержащимися в указанной ячейке. Это входы AS и DS. Вход AS называется «строб адреса», а вход DS называется «строб данных».

    В режиме шины «Motorola» порядок обращения к микросхеме таков:

    Видим, что положительным импульсом на входе AS микросхеме указывается, что на шине данных находится номер регистра, с которым мы хотим работать. А далее положительным импульсом на входе DS указываем микросхеме, что нужно прочитать или записать данные из выбранного регистра на шину данных. Режим чтение/запись определяет состояние входа R/W при положительном импульсе на DS — при лог.0 будет осуществлена запись данных с шины в микросхему.

    А теперь посмотрим, как же нужно работать с микросхемой в режиме шины «Intel»:

    Номер регистра выбирается так же, как для шины «Motorola» — положительным импульсом на входе AS. А вот дальше идут различия. Если хотим прочитать данные из регистра, то делаем отрицательный импульс на входе DS. А если надо записать данные в регистр, то делаем отрицательный импульс на входе R/W.

    Как же тогда микросхема определяет в каком режиме ей надо работать? Всё просто — дело в том, что принцип выбора номера регистра у микросхемы одинаков. И когда мы выбираем номер регистра, микросхема смотрит на состояние входа DS. Получается так — по срезу импульса AS (это когда он переходит от 1 к 0) микросхема анализирует какой уровень на входе DS. Если там лог.0, то считается, что работа идёт в режиме шины «Motorola», а если там лог.1 — то в режиме шины «Intel».

    Вот так всё просто. На самом деле, очень удобно для подключения к микропроцессорным системам с различными способами адресации.

    Советский аналог MC146818 — КР512ВИ1

    В 80-х годах советской промышленностью начал производиться аналог MC146818 — микросхема КР512ВИ1. Она являлась почти полным аналогом, т.е. можно непосредственно заменить одну микросхему на другую без каких-либо доработок конструкции. Различие между КР512ВИ1 и зарубежными аналогами состоит в несколько ином порядке представления дней недели. В зарубежных микросхемах первым днём недели (1) считается воскресенье. А в КР512ВИ1 воскресенье нумеруется цифрой 1 только если включен автопереход на зимнее/летнее время. Ныне такой переход неактуален, поэтому при его отключении нумерация дней недели становится более привычной нам — первым днём недели (1) считается понедельник.

    Впрочем нумерация дней недели это условность. Микросхема сама не высчитывает по установленной в ней дате какой день недели приходится на эту дату. Т.е. пользователь сам записывает в регистр дня недели нужное число. Поэтому микросхеме абсолютно безразлично с какого дня начинается неделя, она просто увеличивает при смене суток число в регистре дня недели на 1. Вопрос состоит лишь в том, чтобы внешняя программа, которая считывает значения часов, правильно интерпретировала эти цифры.

    У нас в Беларуси микросхема выпускалась с 1984 года заводом «Интеграл»:

    КР512ВИ1 производства завода ″Интеграл″

    КР512ВИ1 производства завода ″Интеграл″

    Позже выпускалась с маркировкой завода «Транзистор»:

    КР512ВИ1 производства завода ″Транзистор″. Год выпуска — 1998

    КР512ВИ1 производства завода ″Транзистор″. Год выпуска — 1998

    Микросхема в Минске продаётся и сейчас. На конец 2011 года распродаются остатки выпуска 2002 года. Более полную информацию можно узнать с сайта завода «Транзистор».

    КР512ВИ1 производства завода ″Транзистор″. Год выпуска — 2002. Это одна из самых новых выпущенных микросхем

    КР512ВИ1 производства завода ″Транзистор″. Год выпуска — 2002. Это одна из самых новых выпущенных микросхем

    Также существует вариант КА512ВИ1 в корпусе для поверхностного монтажа.

    Это КА1835ИД1. В очень похожем корпусе выпускалась КА512ВИ1. Это я к тому, что это уж больно необычная микросхема

    Это КА1835ИД1. В очень похожем корпусе выпускалась КА512ВИ1. Это я к тому, что это уж больно необычная микросхема

    К сожалению достать микросхему КА512ВИ1 пока не удалось (она давно не производится).

    Дальнейшее развитие микросхем часов

    Прогресс не стоит на месте, поэтому в скором времени после MC146818 появились её аналоги со встроенным кварцевым резонатором и литиевой батарейкой. Всё это было помещено внутрь корпуса:

    DS12887 — аналог MC146818 со встроенными батарейкой и кварцевым резонатором

    DS12887 — аналог MC146818 со встроенными батарейкой и кварцевым резонатором

    Действительно, очень удобно — не надо городить обвязку на кварц и контроль питания. Микросхема сама всё делает. Сохранность информации гарантируется. Можно вообще достать микросхему из розетки, и время всё равно будет идти. Использовать такую микросхему у себя в конструкциях — одно удовольствие.

    Встроенной батарейки хватает примерно лет на 10 работы. После этого микросхему приходится банально выбрасывать. Жалко, однако. Поэтому хитрые пользователи решили ремонтировать микросхему с целью замены батарейки на новую. Новая батарейка выводится наружу, после чего микросхема становится «вечной». Надо только раз в 10 лет менять батарейку :)

    Компания Dallas выпустила много вариантов микросхем часов. Я остановлюсь лишь на некоторых.

  • DS1287 — полный аналог MC146818;
  • DS12887 — то же самое, только внутренняя память увеличилась с 50 байт до 114;
  • DS12887A — то же самое, что и DS12887, только добавлен вход для очистки всех ячеек памяти микросхемы;
  • DS12B887 — то же, что и DS12887, но работает только в режиме шины «Intel».
  • Существует «облегчённый» по сравнению с DS12887 вариант микросхемы часов — без встроенной батарейки и кварца. От MC146818 отличается тем, что вся «обвязка» для кварца и батарейки не нужна. Т.е. подключаем напрямую к микросхеме кварц и батарейку, а все контролирующие их цепи уже размещены в самой микросхеме. Это микросхемы семейства DS1285, DS12885.

    VT82855 — аналог DS12885

    VT82855 — аналог DS12885

    Различия между DS1285 и DS12885 состоит в различном количестве свободных ячеек памяти.

    Подключение микросхем часов к ZX-Spectrum

    Одной из первых публикаций по использованию микросхемы часов КР512ВИ1 совместно с компьютером является статья «Часы в компьютере», опубликованная в «Радиоежегоднике» за 1989 год. В ней была подробно описана работа микросхемы КР512ВИ1, дана схема подключения микросхемы к компьютеру «Радио-86РК» с примерами программ. Статья даёт хорошую теорию по работе микросхемы часов.

    В компьютерах ZX-Spectrum часы устанавливались в контроллер SMUC для Scorpion ZS-256 и в Profi.

    Для всех остальных клонов ZX-Spectrum подключение часов на КР512ВИ1 стало возможным благодаря статьям от Mr.Gluk в электронном журнале Deja Vu #08:

    Также заслуживает снимания публикация «CMOS для всех» из электронной газеты Optron #31.

    Использование портов, по которым можно было обращаться к часам, стало неким стандартом для ZX-Spectrum и было поддержано в многих программах:
    #DFF7 — задаёт номер регистра, с которым мы хотим работать;
    #BFF7 — порт данных, через него передаются данные в микросхему/из неё;
    #EFF7 — бит 7 этого порта управляет доступом к микросхеме (0 — доступа нет, 1 — доступ есть).

    На деле схема от Mr.Gluk являлась «базовой» и могла дополняться более полным адресным дешифратором портов и более надёжным включением питания от батареи. Самой надёжной схемой для меня оказалась схема, которую я приводил выше для 286-х компьютеров:

    В этой схеме показано включение КР512ВИ1 для надёжного хранения информации. Цифровая часть схемы (дешифратор портов и т.п.) не приведена. Подразумевается, что по этой схеме микросхему можно подключать к какому угодно компьютеру по произвольному стандарту адресов портов. Схема проверена мной на нескольких компьютерах. Глюков не обнаружено.

    Пояснения по схеме: в качестве микросхемы DD’ крайне желательно использовать MC14069. У неё микромощный ток потребления от батарейки. Другие аналоги (CD4069 или К561ЛН2) имеют ток потребления в разы (в десятки раз) больше и будут быстрее «подсаживать» батарейку. Так как в ZX-Spectrum может и не стоять AT-питатель с сигналом Power Good, поэтому было решено сэмулировать этот сигнал. Не секрет, что в ширпотребных источниках питания AT в качестве формирователя сигнала Power Good может не устанавливаться «настоящая» схема контроля напряжений питания, а зачастую ставится банальное реле времени, которое через некоторое время после включения питания выдаёт сигнал Power Good и всё. Так я и поступил — сделал простейшее реле времени. После включения питания компьютера микросхема КР512ВИ1 выключена высоким уровнем напряжения на входе /CS, а спустя полсекунды/секунду реле времени включит микросхему на доступ.

    В схеме включения КР512ВИ1 от Mr.Gluk используется стандарт шины «Motorola». Один из моих вариантов адресного дешифратора для этого стандарта для ZX-Spectrum:

    А это схема включения VT82855 с шиной «Intel»:

    Вообще шина «Intel», похоже, является основной для микросхем такого типа, поэтому имеет смысл рассчитывать адресный дешифратор именно для неё. Есть модификации микросхем (DS12B887, VT82885), в которых поддерживается только шина «Intel».

    Практическое применение микросхем часов в ZX-Spectrum

    В ZX-Spectrum для работы в системе iS-DOS есть программа date+3.com для считывания даты из микросхемы часов, подключенной через контроллер SMUC. Для работы с часами по стандарту от Mr.Gluk я встречал резидент, который показывал текущее время, а также я написал две программы — rtc.com и cmos_dat.com. Они есть на этом сайте на странице с программами для iS-DOS.

    Напоследок небольшая фотогалерея самодельной периферии для ZX-Spectrum с часами (все представленные устройства взяты с рабочих компьютеров и исправно функционируют):

    Контроллер PS/2 клавиатуры и мыши с часами на MC146818, включенными по схеме от 286-го компьютера

    SMUC на дискретных элементах с часами КР512ВИ1, включенными по схеме от 286-го компьютера

    Контроллер PS/2 клавиатуры и мыши с часами на MC146818, включенными по схеме от 286-го компьютера

    SMUC на дискретных элементах с часами КР512ВИ1, включенными по схеме от 286-го компьютера

    ZX-Multicard с часами на VT82885

    ZX-Multicard с часами на VT82885

    Особенности включения вывода PS

    В микросхемах КР512ВИ1, MC146818 имеется вход PS (вывод 22). Это так называемый вход датчика питания. Он должен включаться таким образом, чтобы даже при кратковременном пропадании напряжения питания микросхемы напряжения на нём падало до нуля. Для этого он включался через RC-цепочку к выводу питания (24 вывод) микросхемы часов:

    Делается это для того, чтобы можно было проконтролировать исчезало ли напряжение резервного питания. Если исчезало, то данные в памяти микросхемы часов можно было считать недостоверными, т.к. они могли при перебоях с питанием попросту исказиться. Для определения пропадало ли питание, служит бит 7 регистра #0D микросхемы часов. Если на входе PS напряжение падало до 0, то этот бит установится в 0.

    Можно немного изменить схему включения КР512ВИ1 — завязать вход PS только на питание +5В:

    В этом случае на входе PS напряжение упадёт до 0 при отключении питания +5В. Это позволит, к примеру, узнать, что компьютер отключался. На практике я использовал эту особенность в компьютере Pentagon в собственном BIOS для вывода заставки при включении компьютера.

    Также необходимо помнить, что регистр #0E микросхемы часов работает по принципу триггера. После чтения бита 7 этот бит автоматически устанавливается в 1.

    В следующих типах микросхем часов вход PS уже сразу разведен «внутри» микросхемы и наружу не выходит. Таким образом, повторить такую же «фишку», как с контролем напряжения питания только +5В в этих микросхемах не выйдет.

    Документация по микросхемам часов и тематические ссылки

    Документация:
    Статья «Часы в компьютере» из журнала «Радиоежегодник» за 1989 годОписание КР512ВИ1, подключение микросхемы часов к компьютеру Радио-86РК
    Обобщённая информация по КР512ВИ1, которую я составил сам
    Информация по схеме включения микросхемы часов MC146818 в IBM PC AT 286
    Описание микросхем КР512ВИ1 и КА512ВИ1 из книги «Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Дополнение третье: Справочник / И.В. Новаченко и др., М.: Радио и связь, 1993″
    Краткая техническая спецификация КР512ВИ1 с сайта завода «Транзистор»
    Краткая техническая спецификация КА512ВИ1 с сайта завода «Транзистор»
    Справочный лист на КР512ВИ1 — конструкторская документация с описанием характеристик и режимов работы микросхемыНеважное качество исходного бумажного документа
    Схемы правильного включения КР512ВИ1 в разных режимах шины (Motorola и Intel), включение батарейки и кварца
    Вся конструкторская документация по микросхемам часов и документация с сайта завода «Транзистор» размещены с разрешения администрации сайта завода
    Ссылки на полезные ресурсы:
    http://transistor.by/ Сайт завода «Транзистор»
    КР512ВИ1 на форуме завода «Транзистор»
    Восстановление микросхем Dallas со встроенной батарейкой. Или что делать, если села встроенная в микросхему батарея

    Выражаю отдельную благодарность администрации сайта завода «Транзистор» за помощь в получении информации по микросхемам КР512ВИ1 и КА512ВИ1.


    Часы на микросхеме КА1016ХЛ1 и светодиодных индикаторах

    РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Бытовая техника >

    Часы на микросхеме КА1016ХЛ1 и светодиодных индикаторах

    

     

    Каких только конструкций электронных часов не встретишь сегодня на просторах Интернета! В основном они собраны на микроконтроллерах, и кроме функций отображения времени и будильника могут ещё отображать дату, день недели, температуру и т.д., в том числе с различными визуальными эффектами. В качестве дисплея могут выступать светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические индикаторы и даже механически вращающиеся поверхности накопителей на жёстких дисках и лопастей вентиляторов. Несмотря на доступность повторения таких конструкций появилось желание вдохнуть новую жизнь в старые часы на микросхеме КА1016ХЛ1, собранные когда-то из набора радиоконструктора «Старт 2035», которые прослужили верой и правдой довольно длительное время. К сожалению (или к счастью), используемый в них «подсевший» от времени люминесцентный индикатор УИ-4 уже не найти в продаже, поэтому придётся заменить его на что-то другое. Кроме того, часы такого класса ничего «не умеют», кроме отображения текущего времени и работы примитивного будильника. В большинстве случаев этого, может быть, и достаточно. Но имеются и другие недостатки, такие как слишком большая яркость индикатора при слабом освещении и отсутствие резервного питания на случай отключения питающего напряжения.

    Появилось желание ради спортивного интереса собрать часы на этой микросхеме, но на светодиодных индикаторах, с автоматической регулировкой их яркости и источником бесперебойного питания. Конечно, проще и дешевле было бы купить готовые часы, но захотелось выяснить, что же можно «выжать» из этой микросхемы. Ниже описано, что получилось в итоге.

    Схема включения микросхемы КА1016ХЛ1 в целом не отличается от схем известных конструкций, описанных в книгах:  [В. Борисов. Электронные часы из деталей радиоконструктора. В помощь радиолюбителю. Выпуск 106. с.39-49]   и   [С.А.Бирюков. Электронные часы на МОП интегральных микросхемах. МРБ 1178. с.35-39]. Вариант применения светодиодных семисегментных индикаторов также был описан в статьях Автомобильные часы на микросхеме КА1016ХЛ1 и [В.Каравкин. Автомобильный будильник на ИМС КА1016ХЛ1. Радиоконструктор, 2011, N4, с.32,33]. Однако, вместо счетверённого светодиодного индикатора пришлось применить отдельные индикаторы 8016B с общим анодом (высотой символа 0,8 дюйма), а вместо инверторов К561ЛН2 — транзисторные ключи. В ходе экспериментов выяснилось, что микросхема КА1016ХЛ1 совмещает по времени импульсы управления сетками С1..С5 для различных разрядов, если в них отображаются одинаковые цифры. Поэтому, за счёт параллельного включения сегментов, такие разряды светятся слабее. Например, при отображении значения времени «22:20» цифры «2» будут светиться заметно слабее, чем цифра «0». Первая версия часов так и работала, с цифровыми транзисторами VT1..VT8 типа DTC114EE в качестве инверторов и всего 8 ограничительными катодными резисторами в их коллекторных цепях, однако через некоторое время описанный эффект начал сильно раздражать. Поэтому было решено разъединить катоды индикаторов резисторами R17..R44 (их теперь стало 28 штук). Но при этом максимально допустимый ток через транзисторные ключи VT1..VT8 увеличился до 4 раз (при отображении четырёх одинаковых цифр), и применение цифровых транзисторов с максимальным током 100 мА стало невозможным. Теперь вместо них установлены более мощные BC817 с внешними резисторами в базовых цепях R1..R16 (раньше эти резисторы были встроены в состав цифровых транзисторов). Такая доработка потребовала изготовления новой печатной платы (но на плате последней ревизии сохранена возможность установки 8 ограничительных резисторов вместо 28, что может быть полезным для экспериментов по подбору их номинала с целью получения требуемой яркости свечения — ведь 8 резисторов легче заменить, чем 28). Примерные номиналы ограничительных резисторов для индикаторов различных цветов приведены в таблице на принципиальной схеме (самые лучшие с точки зрения энергопотребления — ярко-зелёные индикаторы, худшие — красные). Резисторы R54..R57 добавлены для надёжного закрывания ключей VT1..VT8 и исключения паразитной подсветки сегментов.

    Для управления яркостью индикаторов сначала планировалось использовать метод широтно-импульсной модуляции на основе таймера NE555 и фоторезистора. При уменьшении освещённости сопротивление фоторезистора увеличивалось, и возрастала скважность формируемых импульсов, которые управляли подачей питания на коллекторы анодных ключей VT9..VT12. Однако, при проверке этого метода оказалось, что импульсы с выхода таймера идут вразнобой с сеточными импульсами, и вместо регулировки яркости получается «мельтешение» разрядов, особенно при малой освещённости. Чтобы не усложнять уже и без того «навороченную» схему, регулировку яркости было решено сделать простым плавным изменением уровня питающего напряжения на коллекторах VT9..VT12 через мощный транзистор VT13 с достаточно большим коэффициентом усиления. За счёт импульсного характера управления индикаторами рассеиваемая узлом мощность оказалась незначительной. Но таймер всё равно пригодился – для управления миганием точек, так как штатный вывод 5 микросхемы КА1016ХЛ1 для этого непригоден также из-за особенностей формирования сеточных импульсов: точки средних индикаторов HL2 и HL3 зажигаются не одновременно, и этот эффект вдобавок зависит от комбинации отображаемых знаков.

    За основу источника бесперебойного питания (UPS), показанного на основной схеме часов, взят Бесперебойник для часов, который показал наилучшие результаты по сравнению с другими конструкциями: Преобразователь напряжения 1,5 — 9 вольт и DC-DC преобразователь 1.2-9 вольт. Номиналы деталей изменены таким образом, чтобы обеспечить нормальное функционирование микросхемы КА1016ХЛ1. Резистор 2R2 закрывает транзистор 2VT1 при появлении внешнего питания, прерывая генерацию и исключая разряд аккумулятора. Последний подзаряжается через резистор 2R1, номинал которого зависит от ёмкости применённого аккумулятора (меньший номинал — для большей ёмкости). Вместо светодиода установлен обычный диод 2VD2, отключающий от аккумулятора лишние цепи при пропадании внешнего питания. Стабилитрон 2VD1 с напряжением стабилизации 2В служит для защиты от перенапряжения при работе без нагрузки с отсоединённым аккумулятором, ограничивая в этом режиме неконтролируемый рост напряжения на базе транзистора 2VT1 и, как следствие, выходного  напряжения преобразователя. В то же время стабилитрон практически не нагружает аккумулятор, когда он подключён. Микросхема КА1016ХЛ1 категорически отказывается работать при напряжении питания меньше 12 вольт, хотя в некоторых работах утверждается, что она работает при напряжении питания от 8 до 18 вольт. Замечено, что увеличение напряжения питания выше уровня 15 вольт, даже в виде импульсов, приводит к выводу микросхемы из строя. Поэтому выходное напряжение источника бесперебойного питания выбрано порядка 13,5..13,7 вольт при работе от аккумулятора и 14,5..14,7 вольт – при работе от внешнего питания, что гарантирует надёжную работу часов в любом режиме. Источник бесперебойного питания собран на отдельной плате вместе с дополнительными элементами блока питания, не показанными на основной схеме:

    К таким дополнительным элементам относятся следующие дешёвые готовые модули: миниатюрный источник питания 220 AC – 5V 0,6A DC и преобразователь напряжения DC-DC MT3608, используемый для формирования напряжения 15В из напряжения 5В. Кроме того, на плате для питания часов предусмотрен разъём Micro USB (если планируется питание только через этот разъём, плату блока питания 5В можно не устанавливать).

    Часы собраны на двух платах размером 100×50 мм, соединённых через втулки M3: на основной плате собственно часов и на плате блока питания с источником бесперебойного питания. Указанные размеры плат (не более 100 мм) позволяют недорого заказать их изготовление в Китае. Если плату блока питания ещё можно изготовить методом ЛУТ, то основную плату уже, наверное, не получится. Нужно заметить, что печатные платы и светодиодные индикаторы – самые дорогие элементы этой конструкции. Вид собранной основной платы часов снизу:

    Некоторые радиоэлементы могут быть выводными и напаиваться на плату снизу, например: мощный ограничительный резистор R49, излучатель BA1 (можно использовать подходящий излучатель с сопротивлением катушки порядка 40 Ом или пьезоэлектрический, включив параллельно его выводам резистор номиналом 10 кОм), кварцевый резонатор ZQ1, подстроечный конденсатор C9, электролитический конденсатор C5:

    На схеме предусмотрены элементы цепи сброса микросхемы VD6, VD7, C11, однако практика показала, что в них нет необходимости. Следует учитывать, что микросхема чувствительна к статическому напряжению, а также к остаткам флюса или другой жидкости (спирт, вода). Поэтому после монтажа перед включением плату нужно тщательно промыть и просушить феном для волос.

    Для включения и выключения будильника можно использовать подходящий кнопочный выключатель с фиксацией или ползунковый. Тактовые кнопки управления используются с общей высотой 15,5 мм, но можно использовать и другие подходящие выключатели без фиксации или с фиксацией.

    Для передней панели подойдёт прозрачное оргстекло толщиной 2 мм, в качестве задней панели – такой же материал или непрозрачный пластик. Можно обклеить оргстекло светлой тонирующей автомобильной плёнкой, но в этом случае яркость свечения индикаторов, возможно, придётся увеличивать.

    Вид собранной основной платы спереди:

    Вид сбоку:

    Один из вариантов готовой конструкции спереди:

    и сзади:

    Для защиты от пыли сверху можно зафиксировать крышку из тонкого прозрачного материала, например, плёнки, используемой для ламинирования. Такой же материал удобно использовать для защитного кожуха на плате блока питания, ограничивающего доступ к высоковольтным цепям:

     

    Вид платы блока питания сверху (показана старая версия платы, поэтому могут быть отличия):

    и снизу:

    Вместо перемычки 2J1 на плате блока питания можно использовать подходящий ползунковый переключатель:

    Для проверки функционирования источника бесперебойного питания (пока без платы часов) нужно подключить предварительно заряженный аккумулятор (напряжение на нём должно быть не меньше 1,2..1,4 вольт), замкнув перемычку 2J1, и проконтролировать напряжение на выходе (U-рез; U+рез) — оно должно быть в указанных на схеме пределах. Затем подсоединить к контактам разъёма (U-рез; U+рез) нагрузку в виде резистора номиналом 10 кОм (выводы последнего можно вставить в отверстия гнездового разъёма) – выходное напряжение должно оставаться в допуске. Можно при этом проконтролировать напряжение на аккумуляторе – оно должно оставаться на уровне не ниже 1,2 вольт, т.е. не должно «проседать» под нагрузкой. Предел работоспособности наступает при напряжении на аккумуляторе меньше порядка 1В — в этом случае напряжение на выходе преобразователя становится меньше 12 вольт, и микросхема КА1016ХЛ1 перестаёт работать. При проведении тестового «прогона» источника бесперебойного питания с аккумулятором б/у неизвестной ёмкости (из старой переносной телефонной трубки) микросхема КА1016ХЛ1 проработала без сбоев 8 часов! Необходимо помнить, что соединять платы между собой нужно при отключённом аккумуляторе.

    Органы управления часов:

    При длительном отсутствии внешнего электропитания необходимо выключить источник резервного питания (UPS) перемещением движка переключателя вниз. После подачи питания перевести движок переключателя вверх.

    Четыре экземпляра таких часов с разными цветами свечения индикаторов (показаны на фото в начале статьи), работают без проблем уже около года. В процессе монтажа таких часов можно отрабатывать навыки пайти SMD элементов, начиная с типоразмера 0603.

    Во вложении: рисунки печатных плат в формате Sprint Layout и гербер-файлы для заказа на производстве.

     

     

     

    Файлы:
    Печатные платы

    Все вопросы в Форум.


    Как вам эта статья?

    Заработало ли это устройство у вас?


    Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

    Что такое микросхемы часов реального времени? | Чип RTC

    RTC — это электронное устройство, обычно интегральная схема (IC), которое отслеживает текущее время и поддерживает точное время в электронных системах. По сути, это похоже на часы, которые работают от батареи и поддерживают текущее время даже при отключении основного источника питания.

    Один из лучших примеров его использования — материнская плата компьютера. Благодаря этому устройству RTC мы получаем правильное время на нашем компьютере / ноутбуке, даже после того, как он был выключен и снова включен.RTC присутствуют почти во всех информационно-развлекательных системах, автомобильных системах, домашних счетчиках, бытовой электронике и промышленных электронных устройствах, для которых требуются функции часов. Компании делают упор на миниатюризацию электронных устройств для различных приложений. Поэтому небольшие и компактные модули RTC находят широкое применение в широком спектре продукции. Эта тенденция имеет огромное значение для медицинских мониторов и портативных терминалов.

    Для разработки устройств со сверхмалым энергопотреблением ведутся многочисленные исследования, чтобы полностью понять динамику размеров и требований к подключению в устройствах RTC.Такие устройства произвели революцию в сфере Интернета вещей (IoT) и носимых устройств. Например, недавно Seiko Epson Corporation выпустила два новых небольших модуля RTC (RX8111CE и RX4111CE) с низким потреблением тока. Микросхема RTC RV-8803-C7, разработанная Micro Crystal, представляет собой высокоточное устройство со сверхнизким энергопотреблением со встроенным кристаллом 32,768 кГц.

    Чипы RTC нового поколения с функциями управления и переключения мощности также доступны на рынке. Микросхемы серии CBC921xx от Cymbet Corporation являются примером таких устройств RTC.

    Автономные ИС RTC разработаны с возможностью резервного копирования путем анализа различных параметров, таких как минимальное и максимальное потребление тока в источниках питания. Например, M41T62 от STMicroelectronics — это автономный RTC с резервным питанием, который поддерживает время при напряжении питания до 1,0 В и может выдерживать напряжения до 4,5 В.

    С развитием технологий производители постоянно внедряют новые функции, такие как встроенная память, временные метки и сторожевые таймеры.Микросхемы RTC DS3231M и DS3232M от Maxim Integrated Products обладают такими функциями. DS3231M имеет термокомпенсацию RTC с внутренним MEMS-резонатором, а DS3232M имеет дополнительную память в небольшом корпусе. Микросхема DS3231M RTC показана на рисунке.

    Рис. 2. Микросхема RTC (Источник: mouser.com)

    Ключевые игроки, работающие на мировом рынке микросхем RTC, включают Maxim Integrated Products, Inc, Seiko Epson Corp, STMicroelectronics, Microchip Technology Inc, NXP Semiconductors, Diodes Incorporated, Texas Instruments Incorporated. , Renesas Electronics, Ricoh Semiconductor, ROHM, Micro Crystal, Cymbet и Cypress Semiconductor Corporation

    фишек для старых часов

    фишек для старых часов

    Я недавно купил большую партию старых National Semiconductor. Микросхемы на eBay; Меня интересовали операционные усилители JFET.В лоте было несколько Микросхемы часов MM5402N. Когда я был моложе, эти чипы часов были волшебными устройствами и я сделал из них немало часов. В эти дни время суток везде; даже мой телефон может сказать мне время, и это время прямо из серверы времени синхронизированы по национальным стандартам. Увы, мои микросхемы часов кажутся красивыми устаревшие, особенно когда обнаруживается, что они даже не мультиплексированы. Да, для каждого сегмента дисплея есть отдельный провод. Но, если любишь паять, их трудно победить! Вот несколько проектов с использованием этих старых устройств.

    По иронии судьбы, мое любимое применение для этих У микросхем даже нет дисплея! И добавьте деление на 7 (обычно CD4526B) к частота сети, и это становится еженедельным напоминанием, включение лампы или другое загрузка в течение 7 часов один раз в неделю — отлично подходит для светодиодного напоминания о мусорном дне!

    Я изучил технический паспорт и придумал следующее начальное дизайн (непроверенный). В техническом паспорте, кажется, подразумевается, что сжечь — это хорошая идея. выкл. несколько вольт при использовании дисплеев с общим катодом, следовательно, 3.Стабилитрон 3 вольт диод. Эти микросхемы имеют ограничение по току, но когда максимальное количество сегменты горят, чипы могут сильно нагреваться. Стабилитрон разгружает часть этого тепло, сохраняя ИС в пределах спецификаций. ИС рассчитаны на работу от 7 до 11 VDC. Для меня это звучит как 9 вольт.

    На этой схеме не показано, как управлять входом 50/60 Гц. Смещение, которое выводит до 1/2 Vdd и подает сигнал в несколько вольт на нужную линию частоту через конденсатор, как бы вы ни хотели ее придумать.Используйте два, 1 резисторы МОм и конденсатор 0,1 мкФ. Убедитесь, что Vp-p не превышает Vdd. Размах напряжения более 4 вольта должно быть достаточно, поэтому даже 5-вольтовый логический сигнал CMOS должен работать, если соединены, как описано. Мне очень нравится метод, который я использую на дизайн без дисплея ниже при использовании силового трансформатора переменного тока; это дает довольно красивый «квадратный» форма сигнала с амплитудой, подходящей для ИС.

    Я не совсем понял, но похоже, что единственный разница между выходами «тревога» и «сна» в том, что выход «сна» можно запрограммировать на то, чтобы оставаться активным менее 1 часа.Я бы просто использовал выход тревоги!


    Когда я начал строительство, я обнаружил, что у меня есть дисплеи с общим анодом, поэтому я придумал это:

    Я на самом деле построил тестер IC с аналогичной схемой, но я использовал несколько иной эталон частоты, чем приведенный выше. Я не построил источник частоты с 74HC390s, так что там может быть ошибка. Просто придумайте 50 или 60 Гц и импульс с низкой скважностью для управления двигателем. показания.Обратите внимание, как я использую обычный транзистор NPN, чтобы преобразовать сигнал в квадрат. быть совместимым с IC.

    Оказывается, эти микросхемы не ограничивают ток до низкого уровня. достаточное значение при понижении отображаемого тока, и важно использовать ограниченный напряжение рабочего цикла для питания дисплеев с общим анодом. Вы найдете приложение заметка в Интернете, где дизайнер использует нефильтрованный AC и транзистор яркости для питания показания, чтобы снизить рассеивание микросхемы.Я использовал рабочий цикл 40/60, но IC еще немного нагревается. На одном из последних ‘390, которые значительно снизили бы энергопотребление. Подключите 10к к контакту 7 вместо контакта 6 для более низкого рабочего цикла. Оказывается, хочется во всяком случае, довольно тусклый дисплей на часах. В противном случае это слишком ярко, и ты накинет на него полотенце, чтобы вы могли спать! Если очень хочется яркого дисплей, сделайте радиатор для ИС, как я в итоге сделал:

    Это полоса 0.Медь размером 5 x 2 дюйма, окрашенная в черный цвет и прикрепленная к верхняя часть микросхемы покрыта эпоксидной смолой с оксидом металла. Чип работает намного холоднее с этот радиатор, даже если он рассеивает больше мощности, чем рекомендуется в паспорте. Но, опять же, вам действительно не нужны яркие часы, поэтому просто используйте более низкий рабочий цикл. импульс мощности. Вы хотите использовать импульсы, чтобы схема ограничения тока в чип функционирует правильно. В противном случае яркость может быть неравномерной.


    Но знаете что, кому вообще нужны цифровые часы? Черт, практически во всем, что у меня есть, есть часы.У меня даже есть Radio Shack шариковая ручка с часами! Итак, я придумал идеальное приложение для этих старых микросхем — будильник без дисплея:

    Посмотрите на все эти неподключенные контакты! Оставьте «отложить» кнопка и всего 8 подключений к ИС. Не желая использовать все дыры на моей прототипной плате Adafruit, я превратил одну из микросхем в довольно высокую Устройство «SIP»: теперь в нем всего 8 отверстий.

    Указанные светодиоды не являются обязательными.В итоге я подключил «Вкл» Светодиод прямо напротив выходных клемм на моем первом устройстве, так как он обеспечивает 5 вольт. Вероятно, более полезно активировать реле для управления нагрузкой переменного тока. В 1N4002 на нагрузке, чтобы предотвратить «отдачу» напряжения, если нагрузка является реле. катушка. Для других нагрузок, включая твердотельные реле, этот диод не нужен.

    Представьте себе коробку с большой кнопкой сверху, шнур питания и розетка. Вы подключаете любое устройство и ждете, пока не нажмете кнопку. кнопку до тех пор, пока прибор не должен включиться.Просто нажмите кнопка «программа» и часы запрограммируются на включение в это время дня, включая текущий день (через 24 секунды). Это довольно «натуральный» таймер, не требующий «возни» с дисплеями и трудно запоминающийся процедуры программирования. Просто нажмите кнопку, когда захотите, чтобы это произошло! Я бы добавил кнопку, чтобы сразу выключить «будильник», чтобы остановить функцию на сегодня и, возможно, кнопку «отложить», чтобы отключить функцию на 15 минут (не так же важно).Вы не можете «установить» вещь накануне вечером, так что это займет некоторая «психологическая адаптация» Но на самом деле большинство таймеров не так уж критический. Я подумываю о том, чтобы включить на час шланги для замачивания сада. каждый день перемычка аварийного автомобильного аккумулятора (которая перезаряжается, если оставить все время), подъезд светится на сумеречный час, когда я иногда прихожу домой, и так далее. Это не критически рассчитанные события, и возможность просто поразить кнопка для установки времени идеально подходит.Кстати, можно нажать эту кнопку программы в любое время, даже в установленный час, и он просто запрограммирует Текущее время. Вот как:

    При нажатии кнопки «программа» нижний триггер немедленно очищается, активируя верхний шлепанец. После небольшой задержки верх шлепанцы высоко переключаются. Выход / Q этого триггера активирует «быстрый набор вход »микросхемы часов, в результате чего внутреннее время увеличивается со скоростью один час в секунду, как если бы вы удерживали эту кнопку.Когда внутреннее время чипа часов равно произвольному времени будильника, выход будильника идет низко. Первый BS170 инвертирует этот импульс и синхронизирует нижний триггер. высокая. Верхний триггер немедленно устанавливается на низкий уровень, а «вход быстрого набора» идет высокий, возвращая часы к нормальной работе. На данный момент время на часах было установлено очень близко к времени подачи сигнала тревоги, поэтому выход сигнала тревоги остается активным в течение около часа. И будильник будет срабатывать каждые 24 часа в будущем.По сути, эта схема увеличивает время на часах до тех пор, пока не сработает будильник. срабатывает, а затем перестает продвигать время. Тревога остается включенной в течение час и повторяется каждые 24 часа в одно и то же время. Можно нажать кнопку «программа» кнопку в любой момент, чтобы изменить время на настоящее.

    Вот как можно использовать это устройство: Я хочу, чтобы мой сад вода, когда солнце садится — я не знаю, когда это, на самом деле — я просто ударил кнопка, когда она «смотрит» вправо.Клапан Rainbird включает вода в течение часа. Или, может быть, вы просто хотите запустить вентилятор в своем сарае на час в день (в моем случае — бомбоубежище), чтобы воздух оставался свежим. Это не имеет значения, когда наступит этот час. Вам даже не нужно нажимать кнопка! Вы можете включить различный свет, кофеварку, радио или телевизор в утром активируйте устройство открывания гаража (простое последовательное реле), чтобы никто не мог открыть ваш в гараже, за исключением определенного часа, включите воздушный насос аквариума и т. д.В простой интерфейс с одной кнопкой невероятно прост в использовании и понимании. Одна приятная случайная «особенность» заключается в том, что устройство будет продолжать включаться в течение час каждый день после сбоя питания, хотя и в произвольное время. По крайней мере сад поливают! Кроме того, входной вывод 50/60 Гц может работать с повышенными частотами. до 10 кГц, чтобы можно было сделать таймер с более коротким циклом. В качестве примера, использование 360 Гц дает таймер, который включается на 10 минут каждые 4 часа.

    Вот моя первая версия:

    Большая красная кнопка устанавливает время, а тумблер останавливает действие. Он имеет пружинный возврат в одном направлении для мгновенного действия, чтобы убить просто сегодняшнее действие и регулярное переключение в другую сторону, чтобы убить действие на неопределенный срок. Левый нижний светодиодный индикатор показывает, что цепь исправна. «программирование», нижний правый светодиод мигает один раз в секунду, а верхний правый Светодиод показывает, когда на банановые вилки подано питание.Я добавил 5 вольт стабилизатор и транзистор PNP, который подает 5 вольт на банановые разъемы при активном будильнике один час в день:

    5 вольт было удобно, так как я использую литой выход переменного тока трансформаторная «бородавка» для питания — 120 В AC «достать» негде, т.к. он спрятан внутри адаптера питания. 5 вольт могут питать реле на 120 устройства или просто гаджеты, которые могут питаться от 5 вольт (например, 4.5 вольт транзисторный радиоприемник). Вот адаптер реле, который я только что построил, чтобы эта штука могла включаться по утрам старый ламповый радиоприемник. Я посплю еще на несколько секунд, пока трубки разогреть.

    Прекрасно работает! Старое ламповое радио включилось в считанные секунды времени, когда я нажал кнопку вчера утром. Мне приходит в голову встроите этот таймер прямо в радио и другие устройства, которыми нужно управлять. А реле может быть подключено параллельно с выключателем питания прибора, что нормально работа в норме.Обратите внимание, что часы не имеют ничего общего с радио или таймер. 🙂

    Dallas Real Time Chip (RTC) Руководство

    Аннотация: В этой заметке по применению описывается, как взаимодействовать с фантомными часами реального времени (RTC) в системе памяти микроконтроллера. Здесь также описаны некоторые особенности программирования и общие проблемы.

    Описание

    Dallas Phantom Real Time Clocks — это семейство устройств, которые предлагают комбинацию прозрачного хронометра CMOS и энергонезависимой статической RAM, отвечающей стандартным байтовым распиновкам JEDEC.Некоторые разновидности часов реального времени Dallas Phantom также предоставляют прозрачный хронометрист CMOS для использования с ПЗУ. Хронометрист прозрачен для карты памяти RAM / ROM, потому что он не занимает ни одной из существующих ячеек RAM / ROM. Эти устройства называются «фантомами», потому что доступ к хронометру осуществляется только после того, как устройство получило заранее определенный 64-битный шаблон. Когда к хронометристу нет доступа, можно получить доступ к RAM / ROM. Хронометрист отслеживает сотые доли секунды, секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год.В отсутствие питания литиевый источник энергии поддерживает операцию хронометража и сохраняет данные в статическом ОЗУ CMOS. Обзор семейства

    DS1315

    Сердцем семейства Dallas Phantom Real-Time Clock является микросхема Phantom Time Chip DS1315. Эта интегральная схема представляет собой комбинацию хронометра CMOS и контроллера энергонезависимой памяти. При отсутствии питания внешняя батарея поддерживает хронометраж и сохраняет данные в статическом ОЗУ CMOS. Часы отслеживают сотые доли секунды, секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год.Последний день месяца автоматически корректируется для месяцев, содержащих менее 31 дня, включая поправку на високосный год каждые четыре года. Часы реального времени работают в одном из двух форматов: 12-часовой режим с индикатором AM / PM или 24-часовой режим. Энергонезависимый контроллер предоставляет все необходимые вспомогательные схемы для преобразования ОЗУ CMOS в энергонезависимую память. DS1315 также может использоваться для обеспечения функций хронометража с помощью ПЗУ.

    DS1216

    От DS1315 идут интеллектуальные розетки DS1216 SmartWatch.SmartWatch — это DIP-разъем шириной 600 мил со встроенным DS1315 (обеспечивающим функции хронометража и энергонезависимым контроллером RAM), встроенным литиевым источником энергии и кристаллом 32,768 кГц. Когда сокет сопряжен со статической КМОП-памятью шириной байта, он обеспечивает полное решение проблем, связанных с нестабильностью памяти, и использует общий источник энергии для поддержания времени и даты. DS1216 также может быть соединен с ПЗУ только для обеспечения возможности хронометража. На рисунках 1 и 2 показан базовый интерфейс SmartWatch со вставленным RAM и SmartWatch со вставленным ROM, соответственно.


    Рисунок 1. Интерфейс микросхемы RAM / Time.


    Рис. 2. Интерфейс ПЗУ / микросхемы времени.

    DS1243, DS1244, DS1248, DS1251 и DS1254

    Энергонезависимая SRAM DS124x и DS1254 с модулями фантомных часов являются членами семейства фантомных часов реального времени Dallas. Эти устройства представляют собой полностью энергонезависимую статическую ОЗУ со встроенными фантомными часами, встроенным литиевым источником энергии и кристаллом 32,768 кГц. Эти устройства работают так же, как DS1216, со вставленным ОЗУ.Энергонезависимая SRAM DS124x с модулями фантомных часов обеспечивает более 10 лет хранения данных при отсутствии питания.

    Пожалуй, лучший способ подвести итог семейству Dallas Phantom Real-Time Clock выглядит следующим образом. Фантомная микросхема времени DS1315 — это базовый строительный блок, обеспечивающий хронометраж и контроллер энергонезависимой памяти. Затем DS1216 добавляет к DS1315 кристалл и литиевый источник энергии и инкапсулирует их все в разъем, который принимает либо RAM, либо ROM. Наконец, модули DS124x содержат как энергонезависимую оперативную память, так и функции хронометража в готовом к использованию пакете.

    Все семейство часов реального времени Dallas Phantom показано в таблице 1.

    Таблица 1.

    DS1315 Чип фантомного времени
    DS1216B SmartWatch / RAM 16k / 64k
    DS1216C SmartWatch / RAM 64 КБ / 256 КБ
    DS1216D SmartWatch / RAM 256 КБ
    DS1216E SmartWatch / ПЗУ 64 КБ / 256 КБ
    DS1216F SmartWatch / ПЗУ 64k / 256k / 1M
    DS1216H SmartWatch / RAM 1M / 4M
    DS1243 64k NV SRAM с фантомными часами
    DS1244 256k NV SRAM с фантомными часами
    DS1248 1024k NV SRAM с фантомными часами
    DS1251 4M NV SRAM с фантомными часами
    DS1254 16M NV SRAM с фантомными часами

    Заявка

    Семейство часов Dallas Phantom Real-Time Clock предлагает две функции, которые значительно улучшат систему.Первая особенность — это энергонезависимая оперативная память. Вторая особенность заключается в том, что фантомные часы прозрачны для ОЗУ, и поэтому в систему можно добавить возможности хронометража без изменения существующего оборудования. Все, что требуется, — это существующий байтовый сокет памяти. Возможности модернизации максимально увеличиваются за счет прозрачных интерфейсов, поддерживаемых Phantom Time Chip. Также выгодным для разработчика является то, что предоставляется возможность обновления до более высокой плотности RAM с модулями DS124x или до более высокой плотности RAM / ROM с DS1216.

    Следует упомянуть, что есть некоторые служебные данные программного обеспечения, связанные с наличием функций хронометража, прозрачных для ОЗУ, как будет подробно описано ниже. Если установлено, что в прозрачных часах нет необходимости, тогда семейство энергонезависимых ОЗУ для хронометража DS164x или DS174x может предложить отличное решение для ваших нужд хронометража и энергонезависимой SRAM. Они предлагают энергонезависимую SRAM с регистрами часов реального времени, расположенными в адресном пространстве RAM. Другое возможное решение — DS1386 / DS1486 RAMified Watchdog Timekeepers или DS155x Watchdog Timekeeping Family, которые предлагают энергонезависимую RAM и часы реального времени, а также несколько дополнительных функций, включая функцию будильника и сторожевой таймер.

    Эксплуатация

    Энергонезависимая работа ОЗУ

    Одной из важных особенностей Dallas Phantom Real Time Clocks является то, что энергонезависимая RAM может использоваться для хранения данных конфигурации системы, и, поскольку часы прозрачны для RAM, память не теряется для хронометраж потребности. Когда к фантомным часам нет доступа, сигнал CE с активным низким уровнем передается на включение микросхемы памяти. Чтение и запись в ОЗУ идентичны стандартным микросхемам ОЗУ. На рисунке 1 показан типичный интерфейс RAM / Time Chip.Обратите внимание, что это основной интерфейс, используемый для DS1216 SmartWatch / RAM и DS124x.

    Семейство фантомных часов реального времени выполняет функции схемы, необходимые для обеспечения энергонезависимой памяти CMOS RAM. Во-первых, предусмотрен переключатель для прямого питания от батареи или источника питания V CC , в зависимости от имеющихся условий. Во-вторых, когда V CC выходит за пределы допуска, компаратор выдает сигнал сбоя питания в логику включения микросхемы. Третья функция обеспечивает защиту от записи, удерживая сигнал разрешения микросхемы в памяти (генеральный директор с низким уровнем активности) в пределах 0.2 вольта V CC или батареи, пока V CC находится за пределами допуска. При номинальных условиях питания сигнал включения микросхемы памяти (CEO с активным низким уровнем) будет отслеживать сигнал включения микросхемы (CEO с активным низким уровнем), отправляемый в сокет с максимальной задержкой распространения 20 нс.

    Работа ПЗУ

    DS1315 и DS1216 (E / F) также могут использоваться вместе с ПЗУ. Типичный интерфейс ПЗУ / Чипа времени показан на рисунке 2. В этой конфигурации вывод ПЗУ / ОЗУ с активным низким уровнем подключен к V CCO для выбора режима работы ПЗУ.Поскольку ПЗУ — это устройство только для чтения, которое сохраняет данные при отсутствии питания, резервное питание от батареи и защита от записи не требуются. В результате логика включения микросхемы будет принудительно понижать генеральный директор с активным низким уровнем при сбое питания. Часы реального времени сохраняют ту же внутреннюю энергонезависимость и защиту от записи, что и описано в режиме RAM.

    Работа часов реального времени

    Блок-схема Рисунок 3 иллюстрирует основные элементы фантомных часов. Связь с фантомными часами устанавливается путем распознавания образов последовательного битового потока из 64 битов, которые должны быть согласованы путем выполнения 64 последовательных циклов записи, содержащих правильные данные записи, как показано на рис. 4 .Все обращения, которые происходят до распознавания 64-битного шаблона, направляются в память через выходной контакт включения микросхемы (активный низкий CEO). После того, как распознавание установлено, следующие 64 цикла чтения или записи либо извлекают, либо обновляют данные в Phantom Clock, и активный низкий CEO остается высоким в это время, отключая подключенную память.


    Рисунок 3. Блок-схема синхронизации.


    Рисунок 4. Определение регистра сравнения временных микросхем.

    Примечание:

    Распознавание образов в Hex — это C5, 3A, A3, 5C, C5, 3A, A3, 5C.Вероятность того, что этот шаблон будет случайно продублирован и приведет к непреднамеренному входу в Time Chip, составляет менее 1 из 10 19 . Этот шаблон отправляется от LSB фантомной синхронизации к MSB.

    Передача данных к фантомным часам и от них осуществляется последовательным потоком битов под управлением входа разрешения микросхемы (активный низкий уровень CEI, разрешение выхода (активный низкий уровень OE) и разрешение записи (активный низкий уровень WE). цикл чтения с использованием CEI активного низкого уровня и управления фантомными часами запускает последовательность распознавания образов, перемещая указатель на первый бит 64-битного регистра сравнения.Затем выполняются 64 последовательных цикла записи с использованием управления CEI с активным низким уровнем и WE с активным низким уровнем Phantom Clock. Эти 64 цикла записи используются только для получения доступа к фантомным часам. Однако циклы записи, генерируемые для получения доступа к фантомным часам, также записывают данные в место в сопряженном ОЗУ. Предпочтительный способ справиться с этим требованием — выделить только одно адресное место в ОЗУ в качестве блокнота для фантомных часов.

    Когда выполняется первый цикл записи, он сравнивается с битом 0 64-битного регистра сравнения.Если совпадение найдено, указатель переходит к следующей позиции регистра сравнения и ожидает следующего цикла записи. Если совпадение не найдено, указатель не продвигается вперед, и все последующие циклы записи игнорируются до тех пор, пока не встретится цикл чтения, который сбрасывает указатель регистра сравнения на начало 64-битного регистра сравнения. Если цикл чтения происходит в любой момент во время процесса распознавания образов, текущая последовательность прерывается, и указатель регистра сравнения сбрасывается.Распознавание образов продолжается в общей сложности 64 цикла записи, как описано выше, до тех пор, пока все биты в регистре сравнения не будут согласованы (этот битовый шаблон показан на рисунке 4). При правильном совпадении 64 битов фантомные часы включаются и передача данных в регистры хронометража или из них может продолжаться.

    Следующие 64 цикла заставят фантомные часы либо принимать, либо передавать данные, в зависимости от уровня вывода OE с активным низким уровнем или вывода WE с активным низким уровнем. Данные будут либо записываться, либо считываться из восьми регистров фантомных часов, показанных на рис. 5 .Циклы в другие места за пределами блока памяти могут чередоваться с циклами активного низкого уровня CE без прерывания последовательности распознавания образов или последовательности передачи данных на фантомные часы.


    Рисунок 5. Определение регистра микросхемы времени.

    Рисунок 6 предлагает пример псевдокода как для доступа к фантомным часам, встроенным в оперативную память, через распознавание образов, так и через взаимодействие с регистрами часов. Другой пример исходного кода приведен на рис. 7 .Этот код используется для взаимодействия с микроконтроллером 8051. Также обратитесь к справочнику за временными диаграммами для циклов чтения и записи.

    * Этот код будет обращаться к фантомным часам времени, отправив 64-битный *
    * схема доступа. Тогда данные времени будут записаны в часы и *
    * наконец, Фантомные часы времени будут снова доступны, и они будут *
    * читать. Время записи: 12:00, среда, *
    * 1 января 1992 г. Также обратите внимание, что осциллятор был включен и *
    * сброс отключен.*
    
    A: Массив [0..7] = (C5, 3A, A3, 5C, C5, 3A, A3, 5C) (шаблон доступа)
    T: массив [0..7] = (00, 00, 00, B2, 14, 01, 01, 92) (временные данные)
    X: байт в 1000 (ячейка памяти 1000H)
    D: массив [0..7]
    S: байт
    
    * Отправить шаблон доступа на Phantom Time Clock *
    FOR I = от 0 до 64 S = x (выполнить 65 последовательных чтений из x)
    FOR I = от 0 до 7 (цикл для 8 байтов)
    FOR J = от 0 до 7 (цикл для 8 бит)
    X = A [I] SHR J (запись в X, сдвиг бит вправо J)
    СЛЕДУЮЩИЙ J
    СЛЕДУЮЩИЙ I
    
    * Запись данных времени в регистры фантомных часов *
    FOR I = от 0 до 7 (цикл для 8 байтов)
    FOR J = от 0 до 7 (цикл для 8 бит)
    X = T [I] SHR J (запись в X, сдвиг бит вправо J)
    СЛЕДУЮЩИЙ J
    
    * Отправить шаблон доступа на Phantom Time Clock *
    ДЛЯ I = от 0 до 64 S = X (выполнить 65 последовательных чтений из X)
    FOR I = от 0 до 7 (цикл для 8 байтов)
    FOR J = от 0 до 7 (цикл для 8 бит)
    X = A [I] SHR J
    СЛЕДУЮЩИЙ J
    СЛЕДУЮЩИЙ I
    
    * Чтение регистров фантомных часов *
    FOR I = от 0 до 7 (цикл для 8 байтов)
    D [I] = 0 (инициировать байт)
    FOR J = от 0 до 7 (цикл для 8 бит)
    D [I] = D [I] или (X и 1) SHL J (биты позиции в байтах)
    СЛЕДУЮЩИЙ J
    СЛЕДУЮЩИЙ I
     

    Рисунок 6.Псевдо-код
    ; 8051CODE.DOC
    ; Процедура RTC для доступа к последовательному хронометру DS1215 или DS1216
    ; SmartWatch с использованием 8031, 8051 или 80C196
    ;
    BIT_SEG SEGMENT BIT
    RSEG BITSEG
    WF: DBIT 1
    ДАННЫЕ СЕГМЕНТА BYTE_SEG
    RSEG BYTE_SEG
    УСИЛЕНИЕ: DS 8; Санти-сек: 00-99
    ; ; Секунды: 00-59
    ; ; Минуты: 00-59
    ; ; Часы работы: 01-12 / 00-23
    ; ; День: 1nHEX% RST off, n = DAY # 01-07
    ; ; Дата: 01-31
    ; ; Месяц: 01-12
    ; ; Год: 00-99
    CODESEG КОД СЕГМЕНТА
    RSEG CODE_SEG
    ; **************************
    ; *** ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА ЗДЕСЬ
    ; **************************
    ;
    ; Основная программа SETS WF для режима чтения и при возврате из RTC BUFF будет
    ; содержат 8 байтов данных, считанных с часов.Если WF очищен, то
    ; RTC вернется после записи 8-байтового BUFF в часы.
    ;
    ; ПРИМЕЧАНИЕ !!! : См. Техническое описание DS1215 (RAM MODE) или DS1216.
    ;
    RTC: PUSH PSW; Сохранить регистры пользователей.
    НАЖАТЬ АКК
    НАЖАТЬ B
    MOV B, RO
    НАЖАТЬ B
    MOV RO, #BUFF; Загрузить указатель на начало таблицы.
    LCALL OPEN; Настройка для открытия DS1216.
    MOV B, # 8H; Счетчик цикла загрузки для 8 байтов.
    JNB WF, WRITETIME; Проверка режима чтения / записи.;
    READTIME: LCALL RBYTE; Прочитать один байт.
    MOV @RO, A; Сохранить во временном регистре RTn.
    INC R0; Указатель регистра временных данных.
    DJNZ B, READTIME; Цикл для чтения 8 байтов.
    SJMP ENDTIME; Done read goto finish.
    ;
    WRITETIME: MOV A, @ R0; Загрузить байт данных для записи.
    LCALL WBYTE; Записать один байт.
    INC R0; Указатель регистра временных данных.
    DJNZ B, WRITETIME; Цикл для записи 8 байтов.;
    ENDTIME: POP B; Восстановить регистры.
    MOV R0, B
    POP B
    POP ACC
    POP PSW
    RET; Вернуться к основной вызывающей программе.
    ;
    ;
    ;
    ;
    ; *************************************
    ; ПОДПРОГРАММА ОТКРЫТИЯ ЧАСОВ / КАЛЕНДАРЯ
    ; *************************************
    ;
    ; Эта подпрограмма выполняет последовательность чтения и записи, которая
    ; требуется для открытого общения с хронометристом.;
    OPEN: LCALL ЗАКРЫТЬ; Убедитесь, что он закрыт.
    MOV B, # 4; Установить количество периодов шаблона.
    MOV A, # 0C5H; Загрузить первый байт шаблона.
    OPENA: LCALL WBYTE; отправить байт.
    XRL A, # 0FFH; Сгенерировать следующий байт шаблона.
    LCALL WBYTE; отправить байт.
    SWAP A; Сгенерировать следующий байт шаблона.
    DJNZ B, OPENA; Повторять, пока не будет отправлено 8 байтов.
    RET; Возврат.;
    ; ******************************
    ; *** ПОДПРОГРАММА ЗАКРЫТЬ ЧАСЫ
    ; ******************************
    ;
    ; Эта подпрограмма гарантирует, что регистры хронометриста
    ; закрываются, выполняя 72 последовательных чтения даты и времени
    ; регистры.
    ;
    ЗАКРЫТЬ: MOV B, # 9; Установить на чтение 9 байтов.
    ЗАКРЫТЬ: LCALL RBYTE; Прочитать байт.
    DJNZ B, CLOSEA; Цикл для чтения 9 байтов.
    RET; Возврат
    ;
    ; ***********************************
    : *** ПОДПРОГРАММА ДЛЯ ЧТЕНИЯ БАЙТА ДАННЫХ
    ; ***********************************
    ;
    RBYTE: PUSH DPL; Сохранить данные
    PUSH DPH; указатель на стек.НАЖАТЬ B; Сохранить регистр B.
    MOV DPTR, #RTCADDR; Включить часы.
    MOV B, # 8; Установить количество бит.
    LI: PUSH ACC; Сохранить аккумулятор.
    MOVX A, @DPTR; Введите бит данных.
    RRC A; Переместите, чтобы нести.
    POP ACC; Достать аккумулятор.
    RRC A; Сохраните бит данных.
    DJNZ B, LI; Цикл для целого байта.
    POP B; Восстановить регистр B.POP DPH; Восстановить данные
    POP DPL; указатель из стека.
    RET; Возврат.
    ;
    ;
    ;
    ; ***********************************
    ; *** ПОДПРОГРАММА ДЛЯ ЗАПИСИ БАЙТА ДАННЫХ
    ; ***********************************
    ;
    WBYTE: PUSH DPL; Сохранить данные
    PUSH DPH; указатель на стек.
    НАЖАТЬ B; Сохранить регистр B.
    MOV DPTR, #RTCADDR; Включить часы.MOV B, # 8; Установить количество бит.
    LO: PUSH ACC; Сохранить аккумулятор.
    ANL A, # 1; Установить бит для вывода.
    MOVX @DPTR, A; Вывести бит данных.
    POP ACC; Восстановить аккумулятор.
    RR A; Позиция следующего бита.
    DJNZ B, LO; Цикл для целого байта.
    POP B; Восстановить регистр B.
    POP DPH; Восстановить данные
    POP DPL; указатель из стека.RET; Возврат.
    ;
    ; ***************
    ; КОНЕЦ ПРОГРАММЫ
    ; ***************
    ;
    END; Конец программы.
     

    Рис. 7. Пример исходного кода для микроконтроллера 8051

    Таким образом, работу фантомных часов лучше всего определить как работу в двух разных режимах. Первый — это режим сопоставления с образцом. В этом режиме фантомные часы прозрачны для системы, но контролируют обмен данными с ОЗУ, ожидая совпадения его 64-битного шаблона доступа.Когда 64-битный шаблон доступа записан, фантомные часы переходят в режим доступа к часам. В этом режиме восемь регистров фантомных часов доступны для записи или чтения и будут оставаться в этом режиме до тех пор, пока все восемь регистров не будут доступны, пока не будет выполнен сброс или пока не произойдет сбой питания.

    Устранение неисправностей

    Часы реального времени Dallas Phantom доказали свою высокую надежность и соответствуют опубликованным спецификациям. Однако в процессе разработки можно было столкнуться с несколькими общими трудностями.Чтобы уменьшить эти трудности, Dallas Semiconductor собрал общие трудности и подводные камни в руководство по поиску и устранению неисправностей, чтобы помочь пользователям.

    Общие трудности

    Нет доступа к регистрам часов

    Это явление может быть вызвано несколькими предметами.
    1. Указатель регистра сравнения не установлен в первый бит. Фантомные часы реального времени прячутся за SRAM и ждут совпадения с 64-битным шаблоном доступа. В этом режиме (режиме сопоставления с образцом) каждая операция записи в ОЗУ будет интерпретироваться как попытка сопоставить образец доступа путем сопоставления значения, записанного в DQ0 (D для DS1315), с битом образца, на который указывает сопоставление с образцом. указатель.Возможно, что частичное совпадение шаблона может произойти во время нормальной работы системы. Лучше всего предположить, что имеется частичное совпадение шаблона доступа и что указатель регистра сравнения не указывает на первый бит шаблона соответствия. Следовательно, указатель регистра сравнения должен быть сброшен на первый бит шаблона перед записью шаблона соответствия. Это достигается путем выполнения одной операции чтения из ОЗУ перед записью шаблона соответствия.
    2. Устройство находится в режиме доступа к часам после сброса системы или прерывания.Возможно, что во время предыдущей операции был осуществлен доступ к фантомным часам, но они не вернулись в режим сопоставления с образцом до того, как произошел сброс системы или прерывание. Другими словами, биты данных будут записываться или считываться из регистров фантомных часов, а не из ОЗУ. Решение этой проблемы — выполнить 65 последовательных циклов чтения сразу после прерывания или перезагрузки системы. Это обеспечит вывод устройства из режима доступа к часам (путем считывания не более 64 битов) и сбросит указатель регистра сравнения.
    3. Шаблон доступа был введен в обратном порядке. Убедитесь, что образец вводится в следующем порядке. Начните с бита 0 байта 0, продолжая до бита 7 байта 7.
    4. Выполняется сброс устройства. Убедитесь, что устройство случайно не сбрасывается. Это может быть особенно проблемой для DS1216C, DS1216D, DS1216H, DS1244 и DS1251, где вывод сброса используется совместно с выводом адреса. В этой ситуации в этой конкретной адресной строке никогда не должно быть низкого уровня, если бит сброса (байт 4, бит 4) фантомных часов не отключен, иначе устройство будет сброшено, и передача данных будет прервана.
    5. Устройство находится в режиме постоянной защиты от записи. Если для DS1315 используется только одна батарея, убедитесь, что контакт BAT2 заземлен. Если этот контакт остается плавающим, возможно, что устройство не переключится на аккумулятор во время сбоя питания.

    Устройство не будет колебаться

    1. Бит включения генератора отключен. Убедитесь, что бит включения генератора (бит 5 байта 4) установлен на логический 0.
    2. Использован неправильный кристалл (DS1315). Убедитесь, что используется правильный кристалл.Очень важно использовать кристалл с нагрузочной емкостью 6 пФ. Dallas Semiconductor рекомендует использовать номер детали Seiko DS-VT-200, номер детали Daiwa DT-26S или аналогичные.
    3. Плохое соединение кристалла (DS1315). Чтобы обеспечить максимальную производительность, убедитесь, что кристалл расположен как можно ближе к входным контактам кристалла. Также следует отметить, что DS1315 не требует нагрузочных конденсаторов или резисторов обратной связи.

    Примечание:

    Следует также отметить, что попытка контролировать генератор на соединениях кристалла может вызвать остановку генератора из-за избыточной емкости и / или тока утечки, добавляемого зондом осциллографа.

    Неточное время

    1. Использован неправильный кристалл (DS1315). Для большей точности убедитесь, что используется правильный кристалл.
    2. Входные штифты расположены выше, чем V CC . Очень важно убедиться, что входные контакты никогда не превышают V CC . Если какой-либо вход может быть выше V CC , возможно, что генератор может быть кратковременно остановлен, что приведет к потере времени устройства.
    3. Fast Clock: кварцевый генератор чувствителен к высоким уровням электромагнитных помех, которые заставляют часы работать быстро.Не рекомендуется размещать устройство рядом с микропроцессором, источником питания прерывателя, поверх высокоскоростных данных, адресных линий или источников высоких электромагнитных помех. Тест на электромагнитные помехи для быстрых часов заключается в экранировании части медным экраном или металлической лентой, соединенной с землей, и определении точности часов с установленным экраном.
    4. Slow Clock: Если на каком-либо контакте RTC присутствует пониженное напряжение более 0,6 В, то часы могут работать медленно. Это потому, что осциллятор может пропустить счет во время недорега.Следует изменить конструкцию, чтобы включить диоды Шоттки на всех выводах с отрицательными выходами.
    5. ОЗУ теряет данные во время последовательности отключения питания: эта проблема может возникать, особенно в процессорах NMOS, которые становятся нестабильными при более высоком напряжении, чем процессоры CMOS. Защита от записи срабатывает, когда V CC падает ниже V пФ . Следовательно, в ситуации выключения питания, если процессор становится нестабильным при V CC больше, чем V пФ (что часто имеет место для процессор NMOS), ложный цикл записи может испортить данные в фантомных часах.Решение этой проблемы состоит в том, чтобы обеспечить сброс процессора до того, как он станет нестабильным, и тем самым предотвратить выполнение любых нежелательных операций записи. Это может быть достигнуто путем мониторинга V CC одним из мониторов мощности Dallas Semiconductor (семейство DS123x), которые генерируют сигнал сброса, когда V CC выходит за пределы допуска.
    6. Другая известная причина искажения данных — это снижение напряжения V CC во время событий включения или выключения питания. Эта ситуация может быть вызвана некоторыми типами источников питания, и ее следует избегать.Решением этой проблемы является добавление диода Шоттки к выводу V CC , чтобы ограничить отрицательные выбросы. В дополнение к крышке байпаса на устройстве V CC и контактам заземления также могут помочь.
    7. Вопросы перекрестных помех и электромагнитных помех: Следует соблюдать осторожность при проектировании всех RTC, чтобы избежать перекрестных помех и эффектов электромагнитных помех в схемах чувствительного тактового генератора. Линии часов, данных и адреса не должны располагаться под кристаллом при использовании дискретных компонентов или непосредственно под модулем или системой PowerCap.Добавление заземленного металла под устройство улучшит подавление электромагнитных помех и перекрестных помех в системе RTC. Разделение адресов более низкого порядка и других входов с быстрым временем нарастания также устранит помехи точности часов из-за перекрестных помех. Размещение RTC вблизи сильного источника электромагнитных помех, например импульсного источника питания или трансформатора. Для получения дополнительной информации о расположении кристалла и соображениях по проектированию системы см. Примечание по применению 58.

    Не удается прочитать последовательные сотые секунды

    Невозможно прочитать последовательные сотые доли секунды, потому что время доступа для чтения регистров часов слишком велико.

    Общие ловушки

    1. Устройству требуются отдельные сигналы чтения и записи. Часы реального времени Dallas Phantom были разработаны с расчетом на синхронизацию Intel. Поэтому необходимо иметь отдельные сигналы чтения и записи. Следует также подчеркнуть, что простого дополнения одного сигнала для получения другого недостаточно, поскольку это приведет к сбросу указателя сопоставления с образцом во время каждого цикла записи, поскольку сигнал OE с активным низким уровнем будет переключаться всякий раз, когда переключается сигнал WE с активным низким уровнем. .
    2. Крепление аккумулятора (DS1315). Любая батарея, подключенная к контактам BAT1 или BAT2, должна быть подключена непосредственно к контакту. Следует отметить, что не следует подключать диод между входным контактом аккумулятора и аккумулятором. В этом нет необходимости, поскольку предусмотрена внутренняя схема защиты от обратного зарядного тока и признана UL (# E99151).
    3. Вывод ПЗУ / ОЗУ с активным низким уровнем (DS1315). Убедитесь, что для вывода ПЗУ / ОЗУ установлено правильное значение.
    4. Чтение и запись в регистры часов.Важно, чтобы все 64 бита были прочитаны или записаны при обращении к регистрам часов. Если этого не сделать, устройство останется в режиме доступа к часам.
    5. Не следует мыть водой Интеллектуальные розетки DS1216. Промывка водой для удаления флюса не должна выполняться на интеллектуальных розетках DS1216, поскольку загрязняющие вещества в воде могут вызвать разрядку внутреннего литиевого источника энергии.
    6. Выбор кристалла (DS1315). Следует использовать кварцевый кристалл 32,768 кГц, номер детали Seiko DS-VT-200, номер детали Daiwa DT-26S или аналогичный.Выбранный для использования кристалл должен иметь указанную нагрузочную емкость 6 пФ. Использование неподходящего кристалла может убить генератор или вызвать проблемы с точностью. Также не рекомендуется использование внешнего подстроечного конденсатора для настройки генератора.
    Рекомендуется выбрать одно из устройств Dallas SmartWatch или энергонезависимой SRAM с фантомными часами для обеспечения максимальной точности (± 1 минута в месяц).

    MM5314N Микросхема цифровых часов IC

    Схема часов схемы и листы данных для тактовой микросхемы MM5314N доступны в Интернете при поиске в Google или Bing.

    Часы MM5314N Чип использовался во многих классных конструкциях светодиодных часов с 1970-х по 1990-е годы!

    National Semiconductor MM5314N — хорошо известный Чип IC, изготовленный в 1970-х и 1980-е гг.Он снят с производства и очень редок, но у нас есть кое-что для продажи тем ищу этот классический чип часов. MM5314 — это очень легко реализовать как шестизначный светодиодный цифровой Часы.

    Светодиодный шестизначный чип часов с часами, минутами, и секунд!

    Мультиплексный семисегментный дисплей выходы

    12- или 24-часовой форматы часов

    50 или 60 Гц рабочий

    Регуляторы быстрой и медленной установки времени с секундами Трюм

    Лист данных доступен на DataSheetArchive.com — найдите «MM5314N» и обязательно прокрутите вниз, чтобы результаты!

    MM5314N ЧИП ЧАСОВ $ 20,00
    Это NOS (новые, старые акции).Мы тщательно тестируем каждую микросхему перед отгрузка.

    СТРОИТЕЛЬСТВО ХОЛОДНЫЕ ШЕСТИЦИФРОВЫЕ ЦИФРОВЫЕ ЧАСЫ С СВЕТОДИОДНЫМИ ЧАСАМИ ИСПОЛЬЗУЮТ ЦИФРОВЫЕ ЧАСЫ CLASSIC MM5314 ЧИП!

    Атомные часы со шкалой

    (CSAC)

    Обзор

    Чтобы сделать заказ, посетите Microchip Direct.
    Непревзойденное сочетание достижений — уменьшенный размер, вес и энергопотребление (SWaP) — обеспечивает точность и стабильность атомных часов для портативных приложений.
    CSAC Microsemi SA.45s — это первые в мире коммерчески доступные атомные часы с масштабированием микросхем, обеспечивающие точность и стабильность технологии атомных часов, при этом достигая настоящего прорыва в уменьшении размера, веса и энергопотребления.

    Новинка 2018 года : Доступна версия, соответствующая требованиям RoHS, с более широкой температурой хранения.Подходит для приложений, требующих компонентов, не содержащих свинец.

    Основные характеристики CSAC
    • <120 мВт потребляемая мощность
    • <17 см 3 объем
    • Вес 35 г
    • ± 5.0E-11 точность при отгрузке
    • <1E -11 @ 1000s Кратковременная стабильность (отклонение Аллана)
    • <9E -10 / мес Скорость старения (типичная)
    • -10 o C до +70 o C Рабочая температура
    • прямоугольная волна 10 МГц и 1PPS, оба в CMOS от 0 В до 3.Формат 3В.
    • Вход 1PPS для синхронизации
    • Интерфейс RS-232 для контроля и управления
    • Чип-шкала Атомные часы Видео
    • Доступна космическая версия (090-02984-007)
    • Также доступна бессвинцовая (соответствует требованиям RoHS) версия (090-03240-001 и -003)
    Новый класс приложений
    Имея на два порядка большей точности, чем кварцевые генераторы с термостатом (OCXO), и на четыре порядка большей точности, чем терморегулируемые генераторы (TCXO), непревзойденная портативность CSAC открывает двери для новых классов приложений, таких как :
    Комплект разработчика CSAC (990-00123-000)
    • Аппаратная платформа для оценки CSAC
    • Встроенная розетка для CSAC
    • HW в комплекте для установки оценочной платы
    • Блок питания с розеткой
    • Кабель RS-232 для подключения ПК к оценочной плате

    ресурсов

    Листы данных

    • Описание номеров деталей см. В листе технических данных продукта

    Листы данных

    Руководства пользователя

    FAQ

    Официальные документы
    Программное обеспечение
    Демонстрация CSAC Программное обеспечение Microsemi «CSACdemo» (номер по каталогу 084-00365-000) обеспечивает удобный графический пользовательский интерфейс для мониторинга и управления SA.45-е годы CSAC. «CSACdemo» также используется для сбора и архивирования данных монитора из CSAC. Его можно установить и запустить на любом ПК под управлением Microsoft Windows XP или Windows 7 и имеющим хотя бы один доступный порт RS232 (COM). Примечание. Несколько CSAC можно контролировать с одного ПК при наличии дополнительных COM-портов.

    Приложения

    Рекомендуемые приложения для атомных часов на уровне микросхем (CSAC)

    Параметрический поиск

    • «Предыдущая
    • {{n + 1}}
    • Следующий »
    • Показано 2550100 на страницу
    Детали Состояние детали упаковка Тип Перевозчик пакетов {{attribute.имя | noComma}} ({{attribute.type}})

    В этой категории нет параметрических данных! попробуйте другие категории

    ИС

    и решения для синхронизации

    Renesas предлагает самый широкий и самый глубокий портфель кремниевых систем синхронизации в отрасли. В дополнение к нашему широкому ассортименту буферов и синтезаторов часов мы поставляем передовые решения для системной синхронизации для решения проблем синхронизации в беспроводной инфраструктуре, сетях, центрах обработки данных и потребительских приложениях.Благодаря более чем двадцатилетнему опыту в области аналоговой и цифровой синхронизации, наше портфолио отличается самым низким фазовым шумом и высочайшими характеристиками наряду с передовой технологией синхронизации.

    • Самый низкий фазовый шум и высочайшая производительность
    • Самый широкий и глубокий портфель в отрасли
    • Подтвержденный опыт в аналоговой и цифровой синхронизации
    • Усовершенствованная технология синхронизации

    О тактовых ИС и интегральных схемах для тактовой синхронизации

    «ИС синхронизации» — это широкий термин, используемый для описания интегральных схем, которые генерируют, обрабатывают, обрабатывают, распределяют или управляют синхронизирующим сигналом в электронной системе.На самом базовом уровне тактовый сигнал колеблется между высоким и низким электрическим состоянием и используется как метроном для координации действий цепей. Применительно к наиболее передовым технологиям синхронизирующие ИС должны быть способны генерировать точные тактовые импульсы и непрерывно и надежно распределять этот сигнал для использования различными устройствами синхронизации в системе. При работе на таких высоких скоростях конструкция системы и факторы окружающей среды делают особенно сложным поддержание качества сигнала, что часто приводит к более высокому уровню ошибок по битам (BER) и ухудшению характеристик системы.К счастью, Renesas предлагает широкий спектр решений для интегральных схем, отвечающих строгим системным требованиям практически для любого приложения.

    Интегральные схемы (ICS)

    В 2005 году Renesas объединилась с интегральными схемами, чтобы стать ведущим в отрасли поставщиком решений для интегральных схем с тактовой синхронизацией. За прошедшие годы технология и портфолио значительно расширились, что позволило Renesas найти уникальные возможности для удовлетворения потребностей практически любого приложения.

    Категории рекомендуемой продукции

    Рекомендуемые приложения для синхронизации

    Работа микросхемы часов реального времени RTC DS1307

    Микросхема часов реального времени RTC DS1307 — широко используемая микросхема, которая предоставляет точную информацию о времени и дате для внешних приложений. Эти чипы показывают секунды, минуты, часы, день, месяц и год, они буквально служат цифровым календарем. Этот чип потребляет меньше энергии и места, поэтому широко используется во многих встраиваемых приложениях.

    ОСОБЕННОСТИ RTC DS1307:

    • Этот чип может работать в 24-часовом или 12-часовом формате и может быть изменен пользователем.
    • Конец месяца автоматически корректируется с учетом менее 31 месяца, включая коррекцию високосного года.
    • Он способен обнаруживать отключение питания от внешнего источника и автоматически переключается на альтернативное питание от батареи, подключенное к нему.
    • Меньшее энергопотребление и небольшой размер позволяют использовать его на всех уровнях приложений.

    СХЕМА КОНТАКТОВ DS1307:

    X1 и X2: Это контакты, используемые для подключения внешнего кварцевого генератора для обеспечения источника синхронизации для микросхемы. Согласно даташиту, вместе с этим чипом должен использоваться кварцевый кристалл 32,768 кГц.

    В BAT: Этот вывод используется для подключения литиевой батареи + 3 В для обеспечения питания, когда внешнее напряжение питания недоступно. Этот штырь должен быть заземлен, когда он не используется.

    SQW / OUT: Этот выходной контакт обеспечивает импульс в диапазоне частот от 1 кГц, 4 кГц, 8 кГц или 32 кГц, и для работы требуется подтягивающий резистор.

    SCL и SDA: Эти два контакта используются для передачи данных на шине I2C и должны быть подключены к контактам SCL и SDA микроконтроллера.

    VCC и GND: Эти контакты являются контактами питания и заземления для микросхемы.

    ОТОБРАЖЕНИЕ АДРЕСА ДЛЯ DS1307:

    DS1307 имеет в общей сложности 64 байта ОЗУ с адресом от 00H до 3FH, где первые семь байтов используются для значений времени, а следующий байт — это регистр управления, который управляет выводом SQW / OUT в микросхеме.Остальные байты от 08H до 3FH доступны для хранения данных общего назначения.

    КОНТРОЛЬНЫЙ РЕГИСТР:

    УКАЗАТЕЛЬ РЕГИСТРА:

    Эта микросхема DS1307 содержит указатель регистра, который отмечает байт, к которому будет осуществлен доступ после операции. После каждой операции чтения / записи указатель регистра автоматически увеличивается, что очень полезно при многобайтовом чтении и записи.

    ФОРМАТ ВРЕМЕНИ В RTC DS1307:

    Данные, такие как время, минуты, год и т. Д., Сохраняются в формате BCD.Как вы можете видеть в сопоставлении адресов, каждый байт был выделен для таких значений, как секунды, минуты, час, день, месяц и год. Поскольку представление данных было в формате BCD, младшие четыре бита учитываются до тех пор, пока верхние четыре / три бита учитывают остальные значения данных.

    Например, считайте, что значение «секунд» равно 52, что было представлено как

    .
    MSB (первые четыре цифры) LSB (нижние 4 цифры)
    0101 — 5 0010-2

    При записи или чтении этого байта данных с или по адресу 00H будет получено значение секунд.В регистре часов 02H бит 5 устанавливает часы как 12-часовой формат AM / PM или 23-часовой формат. Если вы не знакомы с системой BCD, используйте этот инструмент преобразования десятичных чисел в BCD.

    Такой же вид представления данных применяется для минут, часов, месяца и года, где значение варьируется от

    .
    • Секунды — от 0 до 60
    • Минуты — от 0 до 60
    • часов — от 0 до 12 или от 0 до 23 в зависимости от используемого нами формата.
    • Месяц — от 0 до 12
    • Год — от 0 до 99

    ПИСЬМО ИЛИ ЧТЕНИЕ С DS1307:

    Чтобы выполнить операцию чтения или записи в DS1307, вам необходимо выполнить следующие шаги.

    1. Для доступа к DS1307 нам необходимо передать адрес чипа + бит направления, который определяет операцию чтения или записи сразу после того, как контроллер инициирует условие START.
    2. Передайте адрес DS1307 1101000 (будет указан в таблице данных) + бит «0» для операции записи или «1» для операции чтения.
    3. Вы можете установить адрес указателя регистра, передав соответствующий адрес байта данных от 00H до 06H, после чего можно будет выполнить операцию чтения / записи.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *