簡(jiǎn)介 在DS1302的實(shí)際使用中,采用輔助電容法,可以解決DS1302在應(yīng)用中由于晶振的負(fù)載電容不匹配而引起的停振問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 時(shí)鐘 負(fù)載電容 匹配

概述

　 　DS1302是Dallas公司生產(chǎn)的一種實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,能夠向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí) 時(shí)時(shí)間信息,并可對(duì)月末日期、閏年天數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整;它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳,在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。另外, 它還能提供31字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。鑒于上述特點(diǎn),DS1302已在許多單片機(jī)系統(tǒng)中得到應(yīng)用,為系統(tǒng)提供所需的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息。

一、 DS1302的主要特性

1. 引腳排列

圖1  DS1302引腳排列圖

　　DS1302的引腳排列如圖1所示,各引腳的功能如下：

　　X1,X2——32768Hz晶振引腳端;
　　RST——復(fù)位端;
　　I/O——數(shù)據(jù)輸入/輸出端;
　　SCLK——串行時(shí)鐘端;
　　GND——地;
　　VCC2,VCC1——主電源與后備電源引腳端。

2. 主要功能

　 　DS1302時(shí)鐘芯片內(nèi)主要包括移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路以及用于高速暫存的31字節(jié)RAM。DS1302與單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳 送依靠RST,I/O,SCLK三根端線(xiàn)即可完成。其工作過(guò)程可概括為：首先系統(tǒng)RST引腳驅(qū)動(dòng)至高電平,然后在作用于SCLK時(shí)鐘脈沖的作用下,通過(guò)I /O引腳向DS1302輸入地址/命令字節(jié),隨后再在SCLK時(shí)鐘脈沖的配合下,從I/O引腳寫(xiě)入或讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。因此,其與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送 是十分容易實(shí)現(xiàn)的。

二、 時(shí)鐘的產(chǎn)生及存在的問(wèn)題

　　(1)  在實(shí)際使用中,我們發(fā)現(xiàn)DS1302的工作情況不夠穩(wěn)定,主要表現(xiàn)在實(shí)時(shí)時(shí)間的傳送有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差,有時(shí)甚至整個(gè)芯片停止工作。我們對(duì)DS1302的工作 電路進(jìn)行了分析,其與單片機(jī)系統(tǒng)的連接如圖2所示。從圖中可以看出,DS1302的外部電路十分簡(jiǎn)單,惟一外接的元件是32768Hz的晶振。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我 們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外接晶振電路振蕩時(shí),DS1302計(jì)時(shí)正確;當(dāng)外接晶振電路停振時(shí),DS1302計(jì)時(shí)停止。因此,我們認(rèn)為32768Hz晶振是造成 DS1302工作不穩(wěn)定的主要原因。

圖2  DS1302與單片機(jī)系統(tǒng)的連接圖

　 　(2)  DS1302時(shí)鐘的產(chǎn)生基于外接的晶體振蕩器,振蕩器的頻率為32768Hz。該晶振通過(guò)引腳X1、X2直接連接至DS1302,即DS1302是依靠 外部晶振與其內(nèi)部的電容配合來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的。由于DS1302在芯片本身已經(jīng)集成了6pF的電容,所以,為了獲得穩(wěn)定可靠的時(shí)鐘,必須選用具有6pF負(fù) 載電容的晶振。

　　然而,許多人在選用晶振時(shí)僅僅注意了晶振的額定頻率值,而忽視了晶振的負(fù)載電容大小,甚至連許多經(jīng)銷(xiāo)商也不能提供所 售晶振的負(fù)載電容。所以即使在使用中選用了符合32768Hz的晶振,但如果該晶振的負(fù)載電容與DS1302提供的6pF不一致時(shí),就會(huì)影響晶振的起振或 導(dǎo)致振蕩頻率的偏移,出現(xiàn)上述在應(yīng)用中的問(wèn)題。

三、 利用輔助電容實(shí)現(xiàn)負(fù)載匹配

　 　（1）  當(dāng)所選的晶振負(fù)載電容不是6pF時(shí),可以采用增加輔助電容的方法提高或降低DS1302振蕩器的電容性負(fù)載,使之與晶體所需的電容值匹配。如果已知晶體的 負(fù)載電容為CI,若CI<6pF,則可以增加一個(gè)并聯(lián)電容CS以產(chǎn)生所需的總負(fù)載電容CI,即CI=6pF+CS;若CI>6pF,則可以在 晶體的一端增加一個(gè)串聯(lián)電容CS,以產(chǎn)生所需的負(fù)載電容CI,即1/CI=1/6pF+1/CS,通過(guò)計(jì)算即可得出應(yīng)增加的輔助電容大小。輔助電容的接法 如圖3所示。

圖3  CS連接電路圖

　　（2）  在使用前對(duì)晶體的負(fù)載電容并不知道的情況下,通過(guò)測(cè)定晶體振蕩頻率的方法可以確定該晶體的負(fù)載電容。

　 　對(duì)于晶體振蕩器來(lái)說(shuō),其振蕩頻率與負(fù)載電容之間的關(guān)系是確定的。以本文討論的DS1302使用的32768Hz晶振為例：當(dāng)它工作于所要求的負(fù)載電容 時(shí),能較準(zhǔn)確地產(chǎn)生 32768Hz的頻率;當(dāng)它的負(fù)載電容小于6pF時(shí),其振蕩頻率會(huì)正向偏移;當(dāng)它的負(fù)載電容大于6pF時(shí),其振蕩頻率就會(huì)負(fù)向偏移。因此,對(duì)于未知負(fù)載電 容的晶體應(yīng)首先采用實(shí)驗(yàn)的方法,在其兩端加入輔助電容使晶體起振,然后用頻率計(jì)測(cè)出振蕩頻率。若測(cè)得頻率大于32768Hz,說(shuō)明負(fù)載電容偏小;若測(cè)得頻 率小于32768Hz,說(shuō)明負(fù)載電容偏大。對(duì)輔助電容逐步調(diào)整,最終使振蕩頻率盡可能接近32768Hz,則此時(shí)晶體端所接負(fù)載電容的總和就是適合該晶體 的負(fù)載電容。

結(jié)論

　　以上方法經(jīng)我們?cè)趯?shí)際工作中多次使用,證明確實(shí)有效。它放寬了DS1302在使用中對(duì)晶振的條件要求,增強(qiáng)了DS1302在工作中的穩(wěn)定性,對(duì)DS1302更廣泛地應(yīng)用具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)

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