1.引言

INTERSIL公司推出的ISL1208是一種I2C接口、低成本、低功耗實時時鐘，它帶有定時與晶體補償、時鐘/日歷、電源失效指示器、周期或輪詢報警、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，閏年自動修正。其強大的報警功能，可被設置成任意時間點報警或固定頻率輸出。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10年。另外，后備電源輸入引腳Vbat還允許斷電時使用大容量后備電容供電以保證正常工作幾個月左右。

2. ISL1208簡介

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；Vbat接后備電源/電容，該引腳不用時接地；SDA為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端；SCL為串行時鐘輸入端；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、實時時鐘控制邏輯、時鐘分頻器、電源管理單元和寄存器單元。其中寄存器單元被分成四段：實時時鐘、控制與狀態(tài)、報警寄存器和用戶SRAM；這四段寄存器各自含有不同的功能：實時時鐘和報警寄存器用于寫入/讀出時間值和報警值，其寫入形式為BCD碼；控制與狀態(tài)寄存器可完成對其他寄存器讀寫控制、報警與頻率輸出控制、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、報警觸發(fā)、時鐘計數(shù)器寫保護、晶體振蕩器使能以及狀態(tài)位的自動復位或者提供相應的狀態(tài)信息。在時鐘上電時，需將寫RTC使能位WRTC置“1”，以便啟動時鐘計數(shù)。

中斷控制寄存器（INT）：主要用于控制時鐘的周期性和單事件報警。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它將覆蓋IRQ/FOUT引腳上的報警模式。報警使能位ALME使能/禁止報警功能，中斷/報警模式位IM使能單周期定時事件（IM＝0）/周期定時事件（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)負載電容（CX1、CX2）的值，這一電容值用于RTC的頻率補償，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)負載電容CLOAD 的范圍從4.5pF至20.25pF，中間值為12.5pF（默認）。CLOAD可通過X1/X2引腳之間兩個數(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)整每秒鐘的平均計數(shù)值和平均誤差以獲取更好的精度。其中DTR2為符號位（DTR2=0頻率補償>0，DTR2=1頻率補償<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的補償范圍。

4. 應用舉例

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)十分簡單，傳輸速率最高可達400Hz。硬件結(jié)構(gòu)如圖 3。其中時鐘輸入口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口與計算機相連，通過計算機對實時時鐘產(chǎn)生控制。Vbat引腳接后備電容器。

4.2 軟件設計

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。需要提到一點是：在每次訪問寄存器時，應先輸入一個有效的辨識字節(jié)。該字節(jié)高7位（1101111）為器件辨識符。辨識字節(jié)的最后一位定義進行讀/寫操作，當其為“1”時選擇讀，為“0”時選擇寫。圖4為ISL1208讀/寫時序圖。

對于ISL1208來說，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計，可以很容易的實現(xiàn)2nHz中斷輸出和每分、每天至每年一次報警，但要求具體幾分鐘、幾小時報警一次還需在程序的編制上要比較注意。以下程序為通過計算機、單片機來控制ISL1208每5秒鐘產(chǎn)生一次中斷程序，上位機程序由MATLAB編寫[4]，單片機程序由C語言編寫，由于篇幅有限僅列出部分單片機程序：

 
#include <reg51.h>
 #define  ISLwr   0xde  /*寫辨識字節(jié)*/
 #define  ISLrd   0xdf  /*讀辨識字節(jié)*/
/*--------ISL1208管腳配置---------*/
 sbit ISLSCL=P1^6;               /*時鐘*/
 sbit ISLSDA=P1^7;              /*數(shù)據(jù)*/
void  sdelay();                  /*短延時*/
 void  ISLstart();                 /*I2C起始位*/
 void  ISLstop();                 /*I2C停止位*/
 void  GetACK();             /*主機等待應答(GACK)*/
 void  OutACK();             /*主機應答(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;                /*啟動時鐘報警標志位*/
 unsigned char alarm=0;               /*報警時間參數(shù)*/
 main()
{    ………………..     /*初始化*/
      for(;;)           /*等待上位機發(fā)送命令*/
    {  if(flag = =1)
         break;   }
/*寫狀態(tài)寄存器，寫RTC使能，報警自動復位*/
  writeREG(0x07,0x90);
/*寫中斷寄存器，單事件報警，中斷使能*/
    writeREG(0x08,0x60);
/*寫報警寄存器，報警使能*/
    writeREG(0x0c,0x81);
/*寫時鐘寄存器，啟動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;
/*單報警模式，5秒/次報警時間算法*/
    alarm=(alarm+5)%60;
    temp=alarm/10;
    temp<<=4;
    temp=(temp+alarm%10)|0x80;
/*讀狀態(tài)寄存器清除報警標志*/
    reg=readREG(0x07);
/*寫報警寄存器,確定下次報警時間*/
    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算得出：若后背電容供電時間為兩個月且Vcc=5.0V，Vbat電壓從4.7V下降到1.8V（時鐘最低工作電壓）。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可近似取兩點之間的平均值。IBAT與VBAT之間的典型線性關系方程式為：IBAT=1.031E-7* VBAT +1.036E-7  A

若已給出兩點電壓，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、低成本的實時時鐘芯片，集時鐘、日歷、RAM、電源故障檢測、報警功能由于一身，硬件結(jié)構(gòu)簡單、編成簡便、精度高，在多功能電表、HVAC設備、音頻/視頻元件、尋呼機/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用前景。

參考文獻

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

2.徐愛鈞，彭秀華. 單片機高級語言C51應用程序設計. 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. 信息技術與信息化，2004(5).