DS1302可靠起振的方法

2024年1月8日发(作者：路虎车型及价格)

那检查一下您的PCB扳布局，建议晶振离单片机距离要近，最好能贴上引脚，晶振最好与附近的pcb隔离。DS1302要给命令才能起振的

Ds1302的起振问题

DS1302内部拥有部分振荡电路，有时钟发生电路，时钟寄存器，用户模式的RAM等资源。其与微控制器的接口也非常简单：只需要SCLK，IO，CE与三个单片机的IO相连接即可。正因为其硬件连接上的简单，使得程序的编制也显得更加复杂。

其中时钟电路的起振问题便是首先需要解决的问题：

在使用某些8051单片机的时候，通常在XTAL1、XTAL2 加晶振和一定的匹配电容即可在XTAL1、XTAL2 上看到正弦波。由于习惯思维，也必然以为在DS1302的X1、X2 引脚加入晶振即能看到相应的正弦波，那就太想当然了。其实由于DS1302内部结构的原因，它的时钟振荡电路是受指令控制的。所以即使加入晶振而没有启动振荡电路，其引脚上是没有出现正常的正弦波的。具体的操作就是在初始化的时候应该在0x81的MSB写入0。

简介 在DS1302的实际使用中,采用辅助电容法,可以解决DS1302在应用中由于晶振的负载电容不匹配而引起的停振问题。

关键词 时钟 负载电容 匹配

概述

DS1302是Dallas公司生产的一种实时时钟芯片。它通过串行方式与单片机进行数据传送,能够向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息,并可对月末日期、闰年天数自动进行调整;它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。另外,它还能提供31字节的用于高速数据暂存的RAM。鉴于上述特点,DS1302已在许多单片机系统中得到应用,为系统提供所需的实时时钟信息。

一、 DS1302的主要特性

1. 引脚排列

图1 DS1302引脚排列图

DS1302的引脚排列如图1所示,各引脚的功能如下：

X1,X2——32768Hz晶振引脚端;

RST——复位端;

I/O——数据输入/输出端;

SCLK——串行时钟端;

GND——地;

VCC2,VCC1——主电源与后备电源引脚端。

2. 主要功能

DS1302时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器、实时时钟电路以及用于高速暂存的31字节RAM。DS1302与单片机系统的数据传送依靠RST,I/O,SCLK三根端线即可完成。其工作过程可概括为：首先系统RST引脚驱动至高电平,然后在作用于SCLK时钟脉冲的作用下,通过I/O引脚向DS1302输入地址/命令字节,随后再在SCLK时钟脉冲的配合下,从I/O引脚写入或读出相应的数据字节。因此,其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的。

二、 时钟的产生及存在的问题

(1) 在实际使用中,我们发现DS1302的工作情况不够稳定,主要表现在实时时间的传送有时会出现误差,有时甚至整个芯片停止工作。我们对DS1302的工作电路进行了分析,其与单片机系统的连接如图2所示。从图中可以看出,DS1302的外部电路十分简单,惟一外接的元件是32768Hz的晶振。通过实验我们发现：当外接晶振电路振荡时,DS1302计时正确;当外接晶振电路停振时,DS1302计时停止。因此,我们认为32768Hz晶振是造成DS1302工作不稳定的主要原因。

图2 DS1302与单片机系统的连接图

(2) DS1302时钟的产生基于外接的晶体振荡器,振荡器的频率为32768Hz。该晶振通过引脚X1、X2直接连接至DS1302,即DS1302是依靠外部晶振与其内部的电容配合来产生时钟脉冲的。由于DS1302在芯片本身已经集成了6pF的电容,所以,为了获得稳定可靠的时钟,必须选用具有6pF负载电容的晶振。

然而,许多人在选用晶振时仅仅注意了晶振的额定频率值,而忽视了晶振的负载电容大小,甚至连许多经销商也不能提供所售晶振的负载电容。所以即使在使用中选用了符合32768Hz的晶振,但如果该晶振的负载电容与DS1302提供的6pF不一致时,就会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏移,出现上述在应用中的问题。

三、 利用辅助电容实现负载匹配

（1） 当所选的晶振负载电容不是6pF时,可以采用增加辅助电容的方法提高或降低DS1302振荡器的电容性负载,使之与晶体所需的电容值匹配。如果已知晶体的负载电容为CI,若CI<6pF,则可以增加一个并联电容CS以产生所需的总负载电容CI,即CI=6pF+CS;若CI>6pF,则可以在晶体的一端增加一个串联电容CS,以产生所需的负载电容CI,即1/CI=1/6pF+1/CS,通过计算即可得出应增加的辅助电容大小。辅助电容的接法如图3所示。

图3 CS连接电路图

（2） 在使用前对晶体的负载电容并不知道的情况下,通过测定晶体振荡频率的方法可以确定该晶体的负载电容。

对于晶体振荡器来说,其振荡频率与负载电容之间的关系是确定的。以本文讨论的DS1302使用的32768Hz晶振为例：当它工作于所要求的负载电容时,能较准确地产生 32768Hz的频率;当它的负载电容小于6pF时,其振荡频率会正向偏移;当它的负载电容大于6pF时,其振荡频率就会负向偏移。因此,对于未知负载电容的晶体应首先采用实验的方法,在其两端加入辅助电容使晶体起振,然后用频率计测出振荡频率。若测得频率大于32768Hz,说明负载电容偏小;若测得频率小于32768Hz,说明负载电容偏大。对辅助电容逐步调整,最终使振荡频率尽可能接近32768Hz,则此时晶体端所接负载电容的总和就是适合该晶体的负载电容。

结论

以上方法经我们在实际工作中多次使用,证明确实有效。它放宽了DS1302在使用中对晶振的条件要求,增强了DS1302在工作中的稳定性,对DS1302更广泛地应用具有积极的意义。

参考文献

1 TI最新特低功耗微控制器系列资料. P&S武汉力源电子股份有限公司,2000(3)

2 崔惠柳. 单片机应用技术选编:串行时钟芯片DS1302在汽车智能记录仪中的应用.北京：北京航空航天大学出版社,1999

串行实时时钟芯片DS1302程序设计中的问题与对策

作者： 出处： 更新时间： 2005年02月13日

作者：河南师范大学 樊贵卿李庆武靳建华 清华大学电子工程系? 刘润生 来源：《电子技术应用》

摘要：指出了串行实时时钟芯片DSl302程序设计中几个易被疏忽而导致错误的问题，分析了问题的原因，并给出了解决问题的方法。

关键词：串行时钟程序设计问题原因解决方法

美国Dallas公司推出的串行接口实时时钟芯片DSl302可对时钟芯片备份电池进行涓流充电。由于该芯片具有体积小、功耗低、接口容易、占用CPUI／O口线少等主要特点，故该芯片可作为实时时钟?广泛应用于智能化仪器仪表中。

笔者在调试中发现?在对DSl302编程中有几个问题易被疏忽而导致错误，现提供给读者参考。

1读操作出现的错误

按照参考文献[2]的读操作程序框图和参考文献[1]、[2]所叙述的可知：单字节读操作每次需16个时钟，地址字节在前8个时钟周期的上升沿输入，而数据字节在后8个时钟周期的下降沿输出。据此结合图1的硬件连接图编制出了如下的单字节读程序：

ＤＳ＿ＲＥＡＤ?ＳＥＴＢＰ１．２；令=0。

ＣＬＲＰ１．１；令ＳＣＬＫ＝０。

ＣＬＲＰ１．２；令=1，启动芯片。

ＬＣＡＬＬＤＳ＿ＷＳＵＢ；写８位地址。

ＬＣＡＬＬＤＳ＿ＲＳＵＢ；读出８位数据。

ＲＥＴ

ＤＳ＿ＷＳＵＢ?ＭＯＶＲ７，＃０８Ｈ

ＷＬ００Ｐ?ＲＲＣＡ；Ａ为地址字节。

ＭＯＶＰ１．０，Ｃ

ＳＥＴＢＰ１．１；在时钟上升沿

ＮＯＰ；输入地址字节。

ＣＬＲＰ１．１

ＤＪＮＺＲ７?ＷＬ００Ｐ

ＲＥＴ

ＤＳ＿ＲＳＵＢ?ＳＥＴＢＰ１．０；为读数据作准备。

ＭＯＶＲ７?＃０８Ｈ

ＲＬ００Ｐ：ＳＥＴＢＰ１．１

ＮＯＰ

ＣＬＲＰ１．１；在第９个正脉冲的下

ＭＯＶＣ，Ｐ１．０；降沿开始输出数据。

ＲＲＣＡ；Ａ中为读出的数据。

ＤＪＮＺＲ７，ＲＬ００Ｐ

ＲＥＴ

若使用如下程序对DSl302的RAM1?其内容为5AH?进行读操作

ＲＥＡＤ：ＭＯＶＡ?＃１１０００１０１Ｂ；RAM1单元的读地址。

ＬＣＡｌｌＤＳ＿ＲＥＡＤ；调用读子程序。

则程序执行后A中的数据为2DH，显然读出的数据不正确。若再使用一条RLA指令调整后，则A中为5AH，结果才正确。由此说明：使用上述程序读出的RAM1单元中的第0位数据实为第1位数据，读出的第7位数据实为第0位数据。

经笔者仔细研究时序图和多次试验得知，问题的原因在于：对于读操作时序，在SCLK出现第8个正脉冲时，上升沿输入地址字节的最后一位数据，而在此正脉冲的下降沿就要输出数据字节的第0位数据。然而笔者的程序中是在第9个正脉冲的下降沿才误认为输出了数据字节的第0位数据，此位数据事实上是第二个下降沿输出的，故实为数据字节的第1位数据。经笔者实验：只要RST保持为高电平，如果超过8个下降沿，它们将重新从第0位输出数据位，因程序中输出的最后一位数据位，是9个下降沿输出的数据位，故实为数据字节的第0位数据位。

由此可见，单字节读操作的时序图如改为图2所示时序图，则读者较容易理解可避免发生上述编程错误。

只要将上述的DS＿RSUB子程序改为如下的子程序即可解决上述问题：

ＤＳ＿ＲＳＵＢｌ：ＳＥＴＢＰ１．０；为读数据作准备

ＭＯＶＲ７，＃０８Ｈ

ＲＬ００Ｐ：ＣＬＲＰ１．１；ＳＣＬＫ第８个正脉冲的

ＭＯＶＣ，Ｐ１．０；下降沿开始输出数据。

ＲＡＣ

ＳＥＴＢＰ１．１

ＤＪＮＺＲ７，ＲＬ００Ｐ

ＲＥＴ

2禁止涓流充电出现的错误

涓流充电寄存器(TCR)控制着DSl302的涓流充电特性。据参考文献[1]、[2]介绍，寄存器的位(TCS)4～7决定着是否具备充电性能。仅在1010编码的条件下才具备充电性能，其它编码组合不允许充电。位2和3(DS)则在和之间选择是一个还是两个二极管串入其中。如果编码是01，选择一个二极管；如果编码是10，选择两个；其它编码将禁止充电。该寄存器的0和1位(RS)用于选择与二极管相串联的电阻值，其中编码01为2kΩ；10为4kΩ；11为8kΩ；而00将不允许充电。笔者编制了如下的允许涓流充电的控制程序（选择一个二极管，充电限流电阻为4kΩ）：

ＳＥＴＢＰ１．２；令=0

ＣＬＲＰ１．２；令ＳＣＬＫ＝０

ＣＬＲＰ１．２；令=1

ＭＯＶＡ?＃９０Ｈ；ＴＣＲ的写地址

ＬＣＡＬＬＤＳ＿ＷＳＵＢ

ＭＯＶＡ?＃１０１００１１０Ｂ；ＴＣＲ的命令

ＬＣＡＬＬＤＳ＿ＷＳＵＢ

用万用表串入与可充电池之间，执行程序后，则有电流流过万用表，表示充电正常。笔者通过将上述程序的第6句改为：MOVA，＃10100010B，即置DS为00来禁止涓流充电

器工作。执行程序后，在与电池之间串入万用表，则仍有电流流过，表示尚未禁止充电。若将第6语句改为：MOV A，＃10101110B，即置DS为11，执行上述程序后情况仍如此。若将第6语句改为：

MOV A，＃01010110B即TCS≠1010

或：MOV A，＃10100100B即RS=00则充电被禁止。

笔者误认为芯片损坏，换上另一新购置的芯片，结果仍如此。随即笔者取下图1所示电路中的可充电池，换上一标称为10kΩ的电阻对芯片进行了测试，测试结果如表1所示=5V。

由此可见，当涓流充电控制寄存器中的DS位为00和11时并不能禁止充电，而是选择了一个二极管充电，这说明参考文献中介绍的有误。若要想禁止充电器充电，应将第６句改为：MOVA，＃0101XX00B即TCS≠1010，RS=00，这样，就能双保险地禁止充电。

3受干扰时钟／日历信息出现的错误

笔者将DSl302应用于某产品中，发现系统受到干扰时，有时其时钟停振不能正常工作，此时的时钟／日历信息也被修改。

经分析得知：系统受到干扰程序飞跑，在看门狗复位前，CPU正好执行写程序将写保护寄存器的最高位置0为允许写（实际上，在系统校时程序之后已将其置为1禁止写），修改了时钟／日历信息且使秒寄存器的最高位置1，致使时钟停振出现错误。

为避免此类错误的产生，笔者采用的方法是：在写程序中增加了某一检测条件，此条件为系统中某一口线上的电平，低电平条件满足。只有在实时校时过程中，才通过手动使此口线为低电平，实时校时过程完成后，又通过手动使此口线为高电平。这样只有实时校时过程中，才允许修改时钟／日历信息，因此起到了时钟／日历信息的写保护作用。