1.引言

INTERSIL公司推出的ISL1208是一種I2C接口、低成本、低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，它帶有定時(shí)與晶體補(bǔ)償、時(shí)鐘/日歷、電源失效指示器、周期或輪詢報(bào)警、智能后備電池切換和后備電池供電的SRAM等功能。振蕩器采用外部低成本32.768KHz晶振，日歷可精確到2099 年，閏年自動(dòng)修正。其強(qiáng)大的報(bào)警功能，可被設(shè)置成任意時(shí)間點(diǎn)報(bào)警或固定頻率輸出。若采用3.0V/3.6V鋰電池供電，供電電流僅為400nA，最多可持續(xù)供電長達(dá)10年。另外，后備電源輸入引腳Vbat還允許斷電時(shí)使用大容量后備電容供電以保證正常工作幾個(gè)月左右。

2. ISL1208簡(jiǎn)介

ISL1208引腳如圖1所示：

其中：引腳X1、X2接外部晶振輸入端，可直接以32. 768kHz的晶體源驅(qū)動(dòng)；Vbat接后備電源/電容，該引腳不用時(shí)接地；SDA為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端；SCL為串行時(shí)鐘輸入端；IRQ/Fout為中斷 /頻率輸出端，可用作中斷/頻率輸出；Vdd和GND為電源和接地端。

3. ISL1208內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理

ISL1208內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2。由圖可知，ISL1208主要包括：I2C接口控制單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制邏輯、時(shí)鐘分頻器、電源管理單元和寄存器單元。其中寄存器單元被分成四段：實(shí)時(shí)時(shí)鐘、控制與狀態(tài)、報(bào)警寄存器和用戶SRAM；這四段寄存器各自含有不同的功能：實(shí)時(shí)時(shí)鐘和報(bào)警寄存器用于寫入/讀出時(shí)間值和報(bào)警值，其寫入形式為BCD碼；控制與狀態(tài)寄存器可完成對(duì)其他寄存器讀寫控制、報(bào)警與頻率輸出控制、模擬與數(shù)字微調(diào)控制等功能，其存儲(chǔ)映射圖如表1。

控制與狀態(tài)寄存器（Control and Status）

控制與狀態(tài)寄存器包括狀態(tài)寄存器、中斷與報(bào)警寄存器、模擬微調(diào)與數(shù)字微調(diào)寄存器。

狀態(tài)寄存器（SR）：用來控制RTC失效、電池模式、報(bào)警觸發(fā)、時(shí)鐘計(jì)數(shù)器寫保護(hù)、晶體振蕩器使能以及狀態(tài)位的自動(dòng)復(fù)位或者提供相應(yīng)的狀態(tài)信息。在時(shí)鐘上電時(shí)，需將寫RTC使能位WRTC置“1”，以便啟動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)。

中斷控制寄存器（INT）：主要用于控制時(shí)鐘的周期性和單事件報(bào)警。其中頻率輸出控制位FO3－FO0使能/禁止頻率輸出功能，并選擇IRQ/FOUT引腳的輸出頻率（2-5Hz－215Hz）。在頻率模式被激活時(shí)它將覆蓋IRQ/FOUT引腳上的報(bào)警模式。報(bào)警使能位ALME使能/禁止報(bào)警功能，中斷/報(bào)警模式位IM使能單周期定時(shí)事件（IM＝0）/周期定時(shí)事件（IM＝1）。

模擬微調(diào)寄存器（ATR）：ATR0至ATR5為六位模擬微調(diào)位，可調(diào)整片內(nèi)負(fù)載電容（CX1、CX2）的值，這一電容值用于RTC的頻率補(bǔ)償，其每一位都有不同的電容調(diào)節(jié)比重。有效的片內(nèi)串聯(lián)負(fù)載電容CLOAD 的范圍從4.5pF至20.25pF，中間值為12.5pF（默認(rèn)）。CLOAD可通過X1/X2引腳之間兩個(gè)數(shù)字控制電容器CX1和CX2調(diào)節(jié)。

數(shù)字微調(diào)寄存器（DTR）：數(shù)字微調(diào)位DTR0、DTR1和DTR2用來調(diào)整每秒鐘的平均計(jì)數(shù)值和平均誤差以獲取更好的精度。其中DTR2為符號(hào)位（DTR2=0頻率補(bǔ)償>0，DTR2=1頻率補(bǔ)償<0），DTR1和DTR0為刻度位：DTR1提供40ppm 調(diào)整，DTR0提供20ppm調(diào)整。用以上三位可以表示－60ppm至+60ppm的補(bǔ)償范圍。

4. 應(yīng)用舉例

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

ISL1208具有I2C接口，使其便于與各類處理器連接且硬件結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，傳輸速率最高可達(dá)400Hz。硬件結(jié)構(gòu)如圖 3。其中時(shí)鐘輸入口SCL、數(shù)據(jù)輸入輸出口SDA分別與AT89C51的P1.6、P1.7腿相連，中斷輸出口IRQ/Fout接外部中斷INT0。 AT89C51通過RS232口與計(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生控制。Vbat引腳接后備電容器。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

由于ISL1208為I2C接口，因此其接口協(xié)議也滿足I2C規(guī)范，這里不再累述。需要提到一點(diǎn)是：在每次訪問寄存器時(shí)，應(yīng)先輸入一個(gè)有效的辨識(shí)字節(jié)。該字節(jié)高7位（1101111）為器件辨識(shí)符。辨識(shí)字節(jié)的最后一位定義進(jìn)行讀/寫操作，當(dāng)其為“1”時(shí)選擇讀，為“0”時(shí)選擇寫。圖4為ISL1208讀/寫時(shí)序圖。

對(duì)于ISL1208來說，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以很容易的實(shí)現(xiàn)2nHz中斷輸出和每分、每天至每年一次報(bào)警，但要求具體幾分鐘、幾小時(shí)報(bào)警一次還需在程序的編制上要比較注意。以下程序?yàn)橥ㄟ^計(jì)算機(jī)、單片機(jī)來控制ISL1208每5秒鐘產(chǎn)生一次中斷程序，上位機(jī)程序由MATLAB編寫[4]，單片機(jī)程序由C語言編寫，由于篇幅有限僅列出部分單片機(jī)程序：

 
#include <reg51.h>
 #define  ISLwr   0xde  /*寫辨識(shí)字節(jié)*/
 #define  ISLrd   0xdf  /*讀辨識(shí)字節(jié)*/
/*--------ISL1208管腳配置---------*/
 sbit ISLSCL=P1^6;               /*時(shí)鐘*/
 sbit ISLSDA=P1^7;              /*數(shù)據(jù)*/
void  sdelay();                  /*短延時(shí)*/
 void  ISLstart();                 /*I2C起始位*/
 void  ISLstop();                 /*I2C停止位*/
 void  GetACK();             /*主機(jī)等待應(yīng)答(GACK)*/
 void  OutACK();             /*主機(jī)應(yīng)答(OACK)*/
/*--------讀/寫ISL1208函數(shù)--------*/
 unsigned char  readISL1208();  
 void  writeISL1208(unsigned char datas);
/*-----------讀/寫寄存器-------------*/
 void  writeREG(unsigned char adds,unsigned char datas);
 unsigned char  readREG(unsigned char adds);
 bit  flag=0;                /*啟動(dòng)時(shí)鐘報(bào)警標(biāo)志位*/
 unsigned char alarm=0;               /*報(bào)警時(shí)間參數(shù)*/
 main()
{    ………………..     /*初始化*/
      for(;;)           /*等待上位機(jī)發(fā)送命令*/
    {  if(flag = =1)
         break;   }
/*寫狀態(tài)寄存器，寫RTC使能，報(bào)警自動(dòng)復(fù)位*/
  writeREG(0x07,0x90);
/*寫中斷寄存器，單事件報(bào)警，中斷使能*/
    writeREG(0x08,0x60);
/*寫報(bào)警寄存器，報(bào)警使能*/
    writeREG(0x0c,0x81);
/*寫時(shí)鐘寄存器，啟動(dòng)RTC*/
    writeREG(0x00,0x00);
for(;;);           /*等待*/        }
void writeREG(unsigned char adds,unsigned char datas)
{    ISLstart();
    writeISL1208(ISLwr);
    GetACK();
    writeISL1208(adds);                /*寫地址*/
    GetACK();
    writeISL1208(datas);        /*寫命令/數(shù)據(jù)*/
    GetACK();
    ISLstop();         }
 unsigned char  readREG(unsigned char adds)
{   unsigned char reg;
    ISLstart();
    writeISL1208(ISLwr);
    GetACK();
    writeISL1208(adds);            /*寫地址*/
    GetACK();
    ISLstart();
    writeISL1208(ISLrd);
    GetACK();
    reg=readISL1208();         /*讀就寄存器值*/
    OutACK();
    ISLstop();
    return (reg);             }
 unsigned char  readISL1208()
{   unsigned char i,k=0;
    ISLSDA=1;
    for(i=0;i<8;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;i<8;i++)
    {   ISLSDA=(bit)(datas&0x80);
        datas=datas<<1;
        sdelay();
        ISLSCL=1;
        sdelay();
        ISLSCL=0;    }      }
 void int0() interrupt 0 using 1       /*外部中斷0處理函數(shù)*/
{   unsigned char temp=0,reg;
/*單報(bào)警模式，5秒/次報(bào)警時(shí)間算法*/
    alarm=(alarm+5)%60;
    temp=alarm/10;
    temp<<=4;
    temp=(temp+alarm%10)|0x80;
/*讀狀態(tài)寄存器清除報(bào)警標(biāo)志*/
    reg=readREG(0x07);
/*寫報(bào)警寄存器,確定下次報(bào)警時(shí)間*/
    writeREG(0x0c,temp);

 
    }

4.3 后背電容器的使用

具體電路結(jié)構(gòu)如圖3。電容器的大小通過計(jì)算得出：若后背電容供電時(shí)間為兩個(gè)月且Vcc=5.0V，Vbat電壓從4.7V下降到1.8V（時(shí)鐘最低工作電壓）。假定二極管漏電流ILKG很小并可忽略。則電容充電/放電方程為：IBAT=CBAT*dV/dT，整理后得后備供電時(shí)間：dT=CBAT*dV/ IBAT。由于IBAT隨VBAT基本上呈線性變化，這樣IBAT可近似取兩點(diǎn)之間的平均值。IBAT與VBAT之間的典型線性關(guān)系方程式為：IBAT=1.031E-7* VBAT +1.036E-7  A

若已給出兩點(diǎn)電壓，則平均電流IBATAVG=5.155E-8*（VBAT2+VBAT1）+1.036E-7   A

結(jié)合以上方程整理后得后備供電時(shí)間TBACKUP=CBAT*（VBAT2 －VBAT1）/IBATAVG      s

將上述方程改寫為：CBAT=TBACKUP* IBATAVG /（VBAT2 －VBAT1）

其中：TBACKUP=60天*86400秒/天=5.18E6 s，IBATAVG=4.387E -7 A，VBAT2=4.7V，VBAT1=1.8V.則CBAT=5.18E6* 4.387E-7 / 2.9 =0.784 F，如果要包括30%的容度，則最壞情況下的電容值應(yīng)為CBAT=1.3*0.784=1.02 F.

5. 小結(jié)

ISL1208是一種小巧（SOIC封裝）、低功耗、低成本的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，集時(shí)鐘、日歷、RAM、電源故障檢測(cè)、報(bào)警功能由于一身，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編成簡(jiǎn)便、精度高，在多功能電表、HVAC設(shè)備、音頻/視頻元件、尋呼機(jī)/PDA、家用電器及其它工業(yè)/醫(yī)療/汽車電子產(chǎn)品中都有十分廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

1. INTERSIL I2C Real Time Clock/Calendar ISL1208 Data Sheet. October 29，2004.

2.徐愛鈞，彭秀華. 單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社，1998年6月.

3.張道明，郝繼飛. 基于MATLAB的MCU串行通信. 信息技術(shù)與信息化，2004(5).