Low-Cost, µP Supervisory Circuits

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堪止祖
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1 概述高精度低功耗 MAX1937 I 2 C 接口实时时钟 / 日历是一款低功耗 CMOS 实时时钟 / 日历芯片, 它提供一个可编程的时钟输出, 一个中断输出和一个掉电检测器, 所有的地址和数据都通过 I2C 总线接口串行传递最大总线速度为 400Kbits/s, 每次读写数据后, 内嵌的字地址寄存器会自动递增特性可计时基于 kHz 晶体的秒, 分, 小时, 星期, 天, 月和年带有世纪标志宽工作电压范围 :1.5~5.5V 低休眠电流 : 典型值为 0.25μA(V DD =3.0V, T A =25 ) I 2 C 总线从地址 : 读,0A3H; 写,0A2H 可编程时钟输出频率为 :32.768kHz,1024Hz, 32Hz,1Hz 报警和定时器掉电检测器内部集成振荡电容封装形式 :SOP8/MSOP8/TSSOP8 漏极开路中断引脚应用便携仪器移动电话传真机复费率电能表 IC 卡水表门禁考勤机时钟日历引脚逻辑图订购信息型号温度范围封装形式 ESA SOP8 EMA -40~+85 MSOP8 EHA TSSOP

2 方框图引脚描述引脚编号符号简述 1 OSCI 振荡器输入 2 OSCO 振荡器输出 3 中断输出 ( 开漏 ) 4 V SS 地 5 SDA 串行数据 I/O( 开漏 ) 6 SCL 串行时钟输入 7 CLKOUT 时钟输出 ( 开漏 ) 8 V DD 正电源最大额定值参数符号最小值最大值单位电源电压 V DD V 电源电流 I DD ma SCL 和 SDA 管脚输入电压 V I V OSCI 管脚输入电压 -0.5 V DD +0.5 V CLKOUT 和管脚输出电压 V O V 所有输入口的直流输入电流 I I ma 所有输出口的直流输出电流 I O ma 总损耗功率 P 300 mw 工作温度 T A 贮存温度 T S

3 直流电特性 ( 如无特别说明,V DD =1.8~5.5V,V SS =0V;T A =-40~+85 ;f osc =32.768kHz) 参数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源工作电压提供可靠的时钟 / 日历数据时的工作电压工作电流 1 CLKOUT 有效 (FE=1) 工作电流 2 CLKOUT 禁止 (FE=0) 工作电流 3 CLKOUT=32.768kHz 输入 V DD I DD1 I DD2 I DD3 I 2 C 总线失效,T A = 25 [1] V I 2 C 总线有效,f=400kHz [1] V T A =25 V low V f SCL =400kHz µa f SCL =100kHz µa f SCL =0Hz,T A = 25 [2] V DD =5.0V na V DD =3.0V na V DD =2.0V na f SCL =0Hz,T A = -40~+85 [2] V DD =5.0V na V DD =3.0V na V DD =2.0V na f SCL =0Hz,T A = 25 [2] V DD =5.0V na V DD =3.0V na V DD =2.0V na f SCL =0Hz,T A = -40~+85 [2] V DD =5.0V na V DD =3.0V na V DD =2.0V na 低电平输入电压 V IL V SS - 0.3V DD V 高电平输入电压 V IH 0.7V DD - V DD V 输入漏电流 I LI V I =V DD 或 V SS µa 输入电容输出 [3] C I pf SDA 低电平输出电流 I OLS V OL =0.4V,V DD =5.0V ma 低电平输出电流 I OLI V OL =0.4V,V DD =5.0V ma CLKOUT 低电平输出电流 I OLC V OL =0.4V,V DD =5.0V ma CLKOUT 高电平输出电流 I OHC V OL =4.6V,V DD =5.0V ma 输出漏电流 I LO VO=V DD 或 V SS µa 注释 1: 加电时振荡器可靠起动 :V DD ( 最小值, 加电时 )= V DD ( 最小值 )+0.3V 注释 2: 定时器源时钟 =1/60Hz;SCL 和 SDA 都为 V DD 注释 3: 在样品基础上测试

4 交流特性 ( 如无特别说明,V DD =1.8~5.5V,V SS =0V;T A =-40~+85 ;f osc =32.768kHz) 振荡器参数符号测试条件最小值典型值最大值单位单边负载电容 C INT 内置在 OSCI 或 OSCO pf 振荡器稳定性石英晶体参数 (f=32.768khz) Δf OSC / f OSC ΔV DD =200mV,T A = 串联电阻 R S kω 并联负载电容 C L pf 单边微调电容 C T 外接在 OSCI 或 OSCO pf CLKOUT 输出 CLKOUT 占空因数 [2] [3] I2C 总线定时特性 SCL 时钟周期 δ CLKOUT f SCL [1] [4] % khz 起动条件保持时间 t HDSTA µs 重复起动条件建立时间 t SUSTA µs SCL 低电平时间 t LOW µs SCL 高电平时间 t HIGH µs SCL 和 SDA 的上升沿时间 t r µs SCL 和 SDA 的下降沿时间 t f µs 总线负载电容 C b pf 数据建立时间 t SUDAT ns 数据保持时间 t HDDAT ns 停止条件建立时间 t SUSTO µs 可接受的总线尖峰宽度 t SW ns 注释 1: 无特别说明 f CLKOUT = kHz 注释 2: 所有定时数值在工作电压范围内 (T A 条件下 ) 有效, 参考输入电压 V SS 到 V DD 之间变化是 V IL 和 V IH 的值注释 3:I2C 总线在两个起动和一个停止条件下的访问时间必须小于 1s

5 典型工作特性

6 功能描述有 16 个 8 位寄存器, 一个可自动增量的地址寄存器, 一个内置 kHz 振荡器 ( 带有一个内部集成的电容 ), 一个分频器 ( 用于给实时时钟 RTC 提供时钟源 ), 一个可编程时钟输出, 一个定时器, 一个报警器, 一个掉电检测器和一个 400kHz 的 I2C 总线接口所有 16 个寄存器设计成可寻址的 8 位并行寄存器, 但不是所有位都有用前两个寄存器 ( 内部地址 00H,01H) 用作控制寄存器和状态寄存器, 地址 02H~08H 用于时钟计数器 ( 秒到年计数器 ), 地址 09H~ 0CH 用于报警寄存器 ( 定义报警条件 ), 地址 0DH 用于控制 CLKOUT 管脚的输出频率, 地址 0EH 和 0FH 分别用作定时器控制寄存器和定时器寄存器秒分钟小时日月年分钟报警小时报警日报警寄存器的编码格式为 BCD 码, 星期和星期报警寄存器不以 BCD 格式编码报警功能模式一个或多个报警寄存器 MSB(AE=Alarm Enable 报警使能位 ) 清 0 时, 相应的报警条件有效, 这样, 一个报警将在每分钟至每星期范围内产生一次设置报警标志位 AF( 控制 / 状态寄存器 2 的位 3) 用于产生中断,AF 只能用软件清除定时器 8 位的倒计数器 ( 地址 0FH) 由定时器控制寄存器 ( 地址 0EH, 参见表 22) 控制, 定时器控制寄存器用于设定定时器的频率 (4096Hz,64Hz,1Hz 或 1/60Hz), 以及设定定时器有效或无效定时器从软件设置的 8 位二进制数倒计数, 每次倒计数结束时, 定时器设置标志位 TF( 参见表 4), TF 用于产生一个中断 ( ), 每个倒计数周期产生一个脉冲作为中断信号, 定时器标志位 TF 只能用软件清除 TI/TP( 参见表 4) 控制中断产生的条件当读定时器时, 返回当前倒计数的数值 CLKOUT 输出管脚 CLKOUT 可以输出可编程的方波 CLKOUT 频率寄存器 ( 地址 0DH, 参见表 20) 决定输出方波的频率, 可以输出 kHz( 缺省值 ),1024Hz,32Hz 和 1Hz 的方波 CLKOUT 为漏极开路输出管脚, 通电时有效, 无效时为高阻抗复位内置一个复位电路, 当振荡器停止工作时, 复位电路开始工作在复位状态下,I2C 总线被初始化, 所有寄存器 ( 包括地址指针 ) 除 TF VL TD1 TD0 TESTC AE 位被置为逻辑 1 外, 都将被清零

7 寄存器结构表 1. 寄存器概况标明的位无效, 标明 0 的位应置为逻辑 0 地址寄存器名称 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 00H 控制 / 状态寄存器 1 TEST 0 STOP 0 TESTC H 控制 / 状态寄存器 TI/TP AF TF AIE TIE 0DH CLKOUT 频率寄存器 FE FD1 FD0 0EH 定时器控制寄存器 TE TD1 TD0 0FH 定时器倒计数寄存器定时器倒计数数值表 2.BCD 格式寄存器概况标明的位无效地址寄存器名称 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 02H 秒 VL 00~59BCD 码格式数 03H 分钟 00~59BCD 码格式数 04H 小时 00~23BCD 码格式数 05H 日 01~31BCD 码格式数 06H 星期 0~6 07H 月 / 世纪 C 01~12BCD 码格式数 08H 年 00~99BCD 码格式数 09H 分钟报警 AE 00~59BCD 码格式数 0AH 小时报警 AE 00~23BCD 码格式数 0BH 日报警 AE 01~31BCD 码格式数 0CH 星期报警 AE 0~6 控制 / 状态寄存器 1 表 3. 控制 / 状态寄存器 1( 地址 00H) 位描述 7 TEST1 TEST1=0: 普通模式 TEST1=1:EXT_CLK 测试模式 5 STOP STOP=0:RTC 时钟运行 ;STOP=1: 所有 RTC 分频器异步置为逻辑 0,RTC 时钟停止运行 (CLKOUT 在 kHz 时依然可用 ) 3 TESTC TESTC=0: 电源复位功能失效 ( 普通模式时置为逻辑 0) TESTC=1: 电源复位功能有效 6,4,2~0 缺省值为逻辑

8 控制 / 状态寄存器 2 位 TF 和 AF: 当一个报警发生时,AF 被置为逻辑 1 类似的, 在定时器的倒数计数结束时,TF 被置为逻辑 1 只能通过软件来修改这两位的值如果在应用中同时需要用到定时器和报警中断, 可以通过读这两个字节来确定中断源在一个写周期中清除位时, 为了防止重写标志位, 需要执行一个逻辑与操作位 TIE 和 AIE: 这两位用来激活中断的产生当 AIE 和 TIE 被置位时, 中断为这两位的逻辑或表 4. 控制 / 状态寄存器 2( 地址 01H) 的位描述 7,6,5 缺省值为逻辑 0 4 TI/TP TI/TP=0: 当 TF 有效时,INT 有效 ( 取决于 TIE 的状态 ) TI/TP=1:INT, 脉冲有效, 见表 5( 取决于 TIE 的状态 ) 注意 : 若 AF 和 AIE 都有效时, 则 INT 一直有效 3 AF AF=0: 读操作时, 报警标志无效 ; 写操作时, 报警标志被清除 AF=1: 读操作时, 报警标志有效 ; 写操作时, 报警标志保持不变 2 TF TF=0: 读操作时, 定时器标志无效 ; 写操作时, 定时器标志被清除 TF=1: 读操作时, 定时器标志有效 ; 写操作时, 定时器标志保持不变 1 AIE AIE=0: 报警中断被禁止 AIE=1: 报警中断被使能 0 TIE TIE=0: 定时器中断被禁止 TIE=1: 定时器中断被使能表 5. 操作 ( 位 TI/TP=1) 时钟源 (Hz) [1] TF 和同时有效 [1] ~INT 周期 n=1 [2] n > /8192 1/ /128 1/64 1 1/64 1/64 1/60 1/64 1/64 [2] n 为倒计数定时器的数值, 当 n=0 时, 定时器停止工作

9 秒分钟和小时寄存器表 6. 秒 /VL 寄存器 ( 地址 02H) 位描述 6~0 ( 秒 ) 代表 BCD 格式的当前秒数值, 值为 00~99, 例如 : 代表 59 秒 7 VL 掉电指示位 VL=0: 指示未掉电 ;VL=1: 指示已掉电使用时可屏蔽此位显示表 7. 分钟寄存器 ( 地址 03H) 位描述 7 无效 6~0 ( 分钟 ) 代表 BCD 格式的当前分钟数值, 值为 00~59 表 8. 小时寄存器 ( 地址 04H) 位描述 7,6 无效 5~0 ( 小时 ) 代表 BCD 格式的当前小时数值, 值为 00~23 日星期月 / 世纪和年寄存器表 9. 日寄存器 ( 地址 05H) 位描述 7,6 无效 5~0 ( 日 ) 代表 BCD 格式的当前日数值, 值为 01~31 当年计数器的值是闰年是,BD8583 自动给二月增加一个值, 使其成为 29 天表 10. 星期寄存器 ( 地址 06H) 位描述 7~3 无效 2~0 ( 星期 ) 代表当前星期数值, 值为 0~6 见表 11, 这些位也可有用户重新分配表 11. 星期分配表日位 2 位 1 位 0 星期日星期一星期二星期三星期四星期五星期六

10 表 12. 月 / 世纪寄存器 ( 地址 07H) 位描述 7 C 世纪位 :C=0 指定世纪数为 20XX;C=1 指定世纪数为 19XX, XX 为年寄存器中的值, 见表 14 当年由 99 变为 00 时, 世纪为会改变 6,5 无效 4~0 ( 月 ) 代表 BCD 格式的当前月份数值, 值为 01~12, 见表 13 表 13. 月份分配表月份位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月表 14. 年寄存器 ( 地址 08H) 位描述位号符号描述 7~0 ( 年 ) 代表 BCD 格式的当前年数值, 值为 00~99 报警控制寄存器当一个或多个报警寄存器写入合法的分钟小时日或星期数值并且它们相应的 AE(Alarm Enable) 位为逻辑 0, 以及这些数值与当前的分钟小时日或星期数值相等, 标志位 AF(Alarm Flag) 被设置, AF 保存设置值直到被软件消除为止,AF 被清除后, 只有在时间增量与报警条件再次相匹配时才可再被设置报警寄存器在它们相应位 AE 置为逻辑 1 时将被忽略表 15. 分钟报警寄存器 ( 地址 09H) 位描述 7 AE AE=0, 分钟报警有效 ;AE=1, 分钟报警无效 6~0 分钟报警代表 BCD 格式的分钟报警数值, 值为 00~59 表 16. 小时报警寄存器 ( 地址 0AH) 位描述 7 AE AE=0, 小时报警有效 ;AE=1, 小时报警无效 5~0 小时报警代表 BCD 格式的小时报警数值, 值为 00~

11 表 17. 日报警寄存器 ( 地址 0BH) 位描述 7 AE AE=0, 日报警有效 ;AE=1, 日报警无效 5~0 日报警代表 BCD 格式的日报警数值, 值为 00~31 表 18. 星期报警寄存器 ( 地址 0CH) 位描述 7 AE AE=0, 星期报警有效 ;AE=1, 星期报警无效 2~0 星期报警代表 BCD 格式的星期报警数值, 值为 00~59 CLKOUT 频率寄存器表 19.CLKOUT 频率寄存器 ( 地址 0DH) 位描述 7 FE FE=0:CLKOUT 输出被禁止并设成高阻抗 FE=1:CLKOUT 输出有效 6~2 无效 1 FD1 用于控制 CLKOUT 的频率输出管脚 (f CLKOUT ), 见表 20 0 FD0 用于控制 CLKOUT 的频率输出管脚 (f CLKOUT ), 见表 20 表 20.CLKOUT 频率选择表 FD1 FD0 f CLKOUT kHz Hz Hz 1 1 1Hz 倒计数定时器寄存器定时器寄存器是一个 8 位字节的倒计数定时器, 它由定时器控制器中的位 TE 决定有效或无效, 定时器的时钟也可以由定时器控制器选择, 其它定时器功能, 如中断产生, 由控制 / 状态寄存器 2 控制为了能精确读回倒计数的数值,I2C 总线时钟 SCL 的频率应至少为所选定定时器时钟频率的两倍表 21. 定时器控制寄存器 ( 地址 0EH) 位描述 7 TE TE=0: 定时器无效 ;TE=1: 定时器有效 6~2 无用 1 0 TD1 定时器时钟频率选择位, 决定倒计数定时器的时钟频率, 见表 22, 不用时 TD1 和 TD0 应设为 11 (1/60Hz), 以降低电源损耗

12 表 22. 定时器时钟频率选择 TD1 TD0 定时器时钟频率 (Hz) /60 表 23. 定时器倒计数数值寄存器 ( 地址 0FH) 位描述位号符号描述 7~0 定时器倒计数数值倒计数数值 n, 倒计数周期 =n/ 时钟频率电源复位 (POR) 失效模式 POR 的持续时间直接与振荡器的起动时间有关一种内嵌的长时间起动的电路可使 POR 失效, 这样可使设备测试加速这种模式的设定要求 I2C 总线管脚 SDA 和 SCL 的信号波形如图 9 所示, 图中所有的时间值为所需的最小值当进入失效模式时, 芯片立即停止复位, 操作通过 I2C 总线进入 EXT_CLK 测试模式设置位 TESTC 逻辑 0 可消除失效模式, 再次进入失效模式只有在设置 TESTC 为逻辑 1 后进行在普通模式时设置 TESTC 为逻辑 0 没有意义, 除非想阻止进入 POR 失效模式串行接口采用的是串行 I2C 总线接口

13 I 2 C 总线特性 I2C 总线通过两条线 SDA 和 SCL 在不同的芯片和模块间传递信息 SDA 为串行数据线,SCL 为串行时钟线, 两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连数据只在总线不忙时才可传送系统配置参见图 10, 产生信息的器件是传送器, 接收信息的器件是接收器, 控制信息的器件是主器件, 受控制的器件是从器件起动 (START) 和停止 (STOP) 条件总线不忙时, 数据线和时钟线保持高电平, 数据线在下降沿时钟线为高电平时为起动条件 (S), 数据线在上升沿时钟线为高电平时为停止条件 (P) 参见图 11 位传送每个时钟脉冲传送一个数据位,SDA 线上的数据在时钟脉冲高电平时应保持稳定, 否则 SDA 线上的数据将成为上面提到的控制信号, 参见图

14 应答位在起动条件和停止条件之间发送器发给接收器的数据数量没有限制每个 8 位字节后加一个应答标志位, 发送器产生高电平的应答标志位, 这时主器件产生一个附加应答标志时钟脉冲从接收器必须在接收到每个字节后产生一个应答标志位, 主接收器也必须在接收从发送器发送的每个字节后产生一个应答标志位在应答标志位时钟脉冲出现时,SDA 线应保持低电平 ( 应考虑起动和保持时间 ) 发送器应在从器件接收最后一个字节时变为低电平, 使接收器产生应答标志位, 这时主器件可产生停止条件 I 2 C 总线协议注意 : 用 I2C 总线传递数据前, 接收器件应先标明地址, 在 I2C 总线起动后, 这个地址与第一个传送字节一起被传送可以作为一个从接收器或从发送器, 这时, 时钟信号线 SCL 只能是输入信号线, 数据信号线 SDA 是一条双向信号线的从地址参见图

15 时钟 / 日历的读 / 写周期的串行 I2C 总线读 / 写周期有三种配置, 参见图 15,16,17, 图中字地址是 4 个位的数, 用于指出下一个要访问的寄存器, 字地址的高四位无用

16 晶振选择晶振可通过引脚 1 和 2(OSCI,OSCO) 直接连接至为确保产生准确的频率, 建议使用负载电容 C L 为 6pF 串联电阻 ESR 小于 50KΩ 的 32768Hz 晶振,OSCI/OSCO 两端各连接 6pF 微调匹配电容晶振参数表 : 参数名称符号最小值典型值最大值单位频率 f KHz 负载电容 C L pf 串联电阻 ESR KΩ 典型应用电路图注 :1. 如使用负载电容为 6pF 的 KHz 晶振, 则需在 OSCI OSCO 脚连接约 6pF 匹配电容用以调节初始精度 2. 如使用负载电容为 12.5pF 的 KHz 晶振, 则需在 OSCI OSCO 脚连接约 19pF 匹配电容用以调节初始精度 3. 如果 VCC 电源线上有噪声或者干扰信号发生, 建议在电源线上增加电阻电容进行过滤

17 封装信息 SOP8 封装 MSOP8 封装

18 TSSOP8 封装

Low-Cost, µP Supervisory Circuits

Low-Cost, µP Supervisory Circuits I 2 C 实时时钟 H YM1302 / 日历芯片钟特点可计时基于 32.768kHz 晶体的秒, 分, 小时, 星期, 天, 月和年带有世纪标志宽工作电压范围 :2.0~5.5V 低休眠电流 : 典型值为 0.25μA(V DD =3.0V, T A =25 ) I 2 C 总线从地址 : 读,0A3H; 写,0A2H 应用便携仪器移动电话门禁可编程时钟输出频率为 :32.768kHz,1024Hz,