实时时钟ISL1208原理与应用

1.引言

INTERSIL公司推出的ISL1208是一种I2C接口、低成本、低功耗实时时钟，它带有定时与晶体补偿、时钟/日历、电源失效指示器、周期或轮询报警、智能后备电池切换和后备电池供电的SRAM等功能。振荡器采用外部低成本32.768KHz晶振，日历可精确到2099 年，闰年自动修正。其强大的报警功能，可被设置成任意时间点报警或固定频率输出。若采用3.0V/3.6V锂电池供电，供电电流仅为400nA，最多可持续供电长达10年。另外，后备电源输入引脚Vbat还允许断电时使用大容量后备电容供电以保证正常工作几个月左右。

2. ISL1208简介

ISL1208引脚如图1所示：

其中：引脚X1、X2接外部晶振输入端，可直接以32. 768kHz的晶体源驱动；Vbat接后备电源/电容，该引脚不用时接地；SDA为串行数据输入输出端；SCL为串行时钟输入端；IRQ/Fout为中断 /频率输出端，可用作中断/频率输出；Vdd和GND为电源和接地端。

3. ISL1208内部结构及其工作原理

ISL1208内部结构框图如图2。由图可知，ISL1208主要包括：I2C接口控制单元、实时时钟控制逻辑、时钟分频器、电源管理单元和寄存器单元。其中寄存器单元被分成四段：实时时钟、控制与状态、报警寄存器和用户SRAM；这四段寄存器各自含有不同的功能：实时时钟和报警寄存器用于写入/读出时间值和报警值，其写入形式为BCD码；控制与状态寄存器可完成对其他寄存器读写控制、报警与频率输出控制、模拟与数字微调控制等功能，其存储映射图如表1。

控制与状态寄存器（Control and Status）

控制与状态寄存器包括状态寄存器、中断与报警寄存器、模拟微调与数字微调寄存器。

状态寄存器（SR）：用来控制RTC失效、电池模式、报警触发、时钟计数器写保护、晶体振荡器使能以及状态位的自动复位或者提供相应的状态信息。在时钟上电时，需将写RTC使能位WRTC置“1”，以便启动时钟计数。

中断控制寄存器（INT）：主要用于控制时钟的周期性和单事件报警。其中频率输出控制位FO3－FO0使能/禁止频率输出功能，并选择IRQ/FOUT引脚的输出频率（2-5Hz－215Hz）。在频率模式被激活时它将覆盖IRQ/FOUT引脚上的报警模式。报警使能位ALME使能/禁止报警功能，中断/报警模式位IM使能单周期定时事件（IM＝0）/周期定时事件（IM＝1）。

模拟微调寄存器（ATR）：ATR0至ATR5为六位模拟微调位，可调整片内负载电容（CX1、CX2）的值，这一电容值用于RTC的频率补偿，其每一位都有不同的电容调节比重。有效的片内串联负载电容CLOAD 的范围从4.5pF至20.25pF，中间值为12.5pF（默认）。CLOAD可通过X1/X2引脚之间两个数字控制电容器CX1和CX2调节。

数字微调寄存器（DTR）：数字微调位DTR0、DTR1和DTR2用来调整每秒钟的平均计数值和平均误差以获取更好的精度。其中DTR2为符号位（DTR2=0频率补偿>0，DTR2=1频率补偿0），DTR1和DTR0为刻度位：DTR1提供40ppm 调整，DTR0提供20ppm调整。用以上三位可以表示－60ppm至+60ppm的补偿范围。

4. 应用举例

4.1 硬件结构

ISL1208具有I2C接口，使其便于与各类处理器连接且硬件结构十分简单，传输速率最高可达400Hz。硬件结构如图 3。其中时钟输入口SCL、数据输入输出口SDA分别与AT89C51的P1.6、P1.7腿相连，中断输出口IRQ/Fout接外部中断INT0。 AT89C51通过RS232口与计算机相连，通过计算机对实时时钟产生控制。Vbat引脚接后备电容器。

4.2 软件设计

由于ISL1208为I2C接口，因此其接口协议也满足I2C规范，这里不再累述。需要提到一点是：在每次访问寄存器时，应先输入一个有效的辨识字节。该字节高7位（1101111）为器件辨识符。辨识字节的最后一位定义进行读/写操作，当其为“1”时选择读，为“0”时选择写。图4为ISL1208读/写时序图。

对于ISL1208来说，由于其内部结构设计，可以很容易的实现2nHz中断输出和每分、每天至每年一次报警，但要求具体几分钟、几小时报警一次还需在程序的编制上要比较注意。以下程序为通过计算机、单片机来控制ISL1208每5秒钟产生一次中断程序，上位机程序由MATLAB编写[4]，单片机程序由C语言编写，由于篇幅有限仅列出部分单片机程序：

#include reg51.h>
#define ISLwr 0xde /*写辨识字节*/
#define ISLrd 0xdf /*读辨识字节*/
/*--------ISL1208管脚配置---------*/
sbit ISLSCL=P1^6; /*时钟*/
sbit ISLSDA=P1^7; /*数据*/
void sdelay(); /*短延时*/
void ISLstart(); /*I2C起始位*/
void ISLstop(); /*I2C停止位*/
void GetACK(); /*主机等待应答(GACK)*/
void OutACK(); /*主机应答(OACK)*/
/*--------读/写ISL1208函数--------*/
unsigned char readISL1208();
void writeISL1208(unsigned char datas);
/*-----------读/写寄存器-------------*/
void writeREG(unsigned char adds,unsigned char datas);
unsigned char readREG(unsigned char adds);
bit flag=0; /*启动时钟报警标志位*/
unsigned char alarm=0; /*报警时间参数*/
main()
{ ……………….. /*初始化*/
for(;;) /*等待上位机发送命令*/
{ if(flag = =1)
break; }
/*写状态寄存器，写RTC使能，报警自动复位*/
writeREG(0x07,0x90);
/*写中断寄存器，单事件报警，中断使能*/
writeREG(0x08,0x60);
/*写报警寄存器，报警使能*/
writeREG(0x0c,0x81);
/*写时钟寄存器，启动RTC*/
writeREG(0x00,0x00);
for(;;); /*等待*/ }
void writeREG(unsigned char adds,unsigned char datas)
{ ISLstart();
writeISL1208(ISLwr);
GetACK();
writeISL1208(adds); /*写地址*/
GetACK();
writeISL1208(datas); /*写命令/数据*/
GetACK();
ISLstop(); }
unsigned char readREG(unsigned char adds)
{ unsigned char reg;
ISLstart();
writeISL1208(ISLwr);
GetACK();
writeISL1208(adds); /*写地址*/
GetACK();
ISLstart();
writeISL1208(ISLrd);
GetACK();
reg=readISL1208(); /*读就寄存器值*/
OutACK();
ISLstop();
return (reg); }
unsigned char readISL1208()
{ unsigned char i,k=0;
ISLSDA=1;
for(i=0;i8;i++)
{ ISLSCL=1;
k=k*2;
if(ISLSDA==1)
k=k+1;
ISLSCL=0; }
return (k); }
void writeISL1208(unsigned char datas)
{ unsigned char data i;
ISLSCL=0;
for(i=0;i8;i++)
{ ISLSDA=(bit)(datas0x80);
datas=datas1;
sdelay();
ISLSCL=1;
sdelay();
ISLSCL=0; } }
void int0() interrupt 0 using 1 /*外部中断0处理函数*/
{ unsigned char temp=0,reg;
/*单报警模式，5秒/次报警时间算法*/
alarm=(alarm+5)%60;
temp=alarm/10;
temp=4;
temp=(temp+alarm%10)|0x80;
/*读状态寄存器清除报警标志*/
reg=readREG(0x07);
/*写报警寄存器,确定下次报警时间*/
writeREG(0x0c,temp);