探秘DS1685/DS1687 3V/5V實時時鐘芯片：功能、特性與應(yīng)用全解析

在電子設(shè)備的設(shè)計中，實時時鐘（RTC）芯片扮演著至關(guān)重要的角色，它能為系統(tǒng)提供精準的時間信息，確保設(shè)備按照預(yù)定的時間邏輯運行。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的DS1685/DS1687 3V/5V實時時鐘芯片，這兩款芯片不僅繼承了行業(yè)標準DS1287 PC時鐘的功能，還具備一系列增強特性，能滿足多種應(yīng)用場景的需求。

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芯片特性亮點

電源與兼容性

DS1685/DS1687支持+3V或+5V的電源電壓，具有廣泛的適用性。它與現(xiàn)有的BIOS兼容，能無縫替代原DS1287的功能，方便工程師在現(xiàn)有系統(tǒng)中進行升級。同時，芯片還擁有64位硅序列號，為設(shè)備的識別和管理提供了便利。

電源控制與喚醒功能

芯片的電源控制電路十分強大，支持系統(tǒng)通過日期/時間鬧鐘或按鍵閉合實現(xiàn)電源開啟。PWR輸出引腳可由這些事件觸發(fā)，用于開啟外部電源，并且該引腳受軟件控制，任務(wù)完成后可關(guān)閉系統(tǒng)電源，實現(xiàn)智能的電源管理。

內(nèi)存與時鐘功能

芯片配備了242字節(jié)的電池備份非易失性RAM（NV RAM），可用于存儲重要數(shù)據(jù)。其計時算法包含閏年補償，有效期至2099年，確保了長時間的準確計時。此外，還提供32kHz輸出，可用于電源管理。

晶體選擇與其他特性

通過晶體選擇位，RTC可使用6pF或12.5pF的晶體，增強了設(shè)計的靈活性。同時，芯片還具備SMI恢復(fù)堆棧、輔助電池輸入、RAM清除輸入、世紀寄存器和日期鬧鐘寄存器等功能。

芯片引腳與封裝

引腳功能詳解

DS1685/DS1687的引腳功能豐富多樣，每個引腳都有其特定的作用。例如，PWR引腳用于系統(tǒng)電源的開關(guān)控制；X1和X2引腳用于連接32.768kHz石英晶體，為時鐘提供穩(wěn)定的振蕩源；AD0 - AD7是復(fù)用的雙向地址/數(shù)據(jù)總線，用于數(shù)據(jù)的傳輸和地址的選擇；CS是芯片選擇輸入，低電平有效，用于選擇訪問芯片的RTC部分；ALE是地址選通輸入，高電平有效，用于解復(fù)用總線等。

封裝形式多樣

芯片提供多種封裝形式，包括PDIP、PLCC、TSSOP、SO和EDIP等，滿足不同應(yīng)用場景的需求。其中，DS1685為芯片形式，而DS1687是獨立封裝的DIP（EDIP），內(nèi)置電池和晶體，方便用戶使用。

工作原理與關(guān)鍵電路

振蕩器電路

DS1685使用外部32.768kHz晶體，振蕩器電路無需外部電阻或電容。晶體的參數(shù)對振蕩器的啟動時間和穩(wěn)定性有重要影響，高ESR和過大的電容負載會導(dǎo)致啟動時間過長。因此，在設(shè)計時應(yīng)選擇具有推薦特性的晶體，并注意PCB布局，以確保振蕩器能在短時間內(nèi)啟動。

時鐘精度

時鐘的精度取決于晶體的精度以及振蕩器電路的電容負載與晶體調(diào)整電容負載的匹配程度。溫度變化會導(dǎo)致晶體頻率漂移，外部電路噪聲耦合到振蕩器電路也會影響時鐘的準確性。為了減少噪聲干擾，可采用合理的PCB布局，將晶體和振蕩器與噪聲源隔離。

電源管理

無論VCC輸入電平如何，RTC功能都會繼續(xù)運行，所有的RAM、時間、日歷和鬧鐘存儲位置都是非易失性的。當(dāng)VCC低于有效電平，至少需要一個備用電源保持在最小和最大限制范圍內(nèi)。當(dāng)VCC超過功率故障觸發(fā)點（VPF）時，設(shè)備在tREC時間后可訪問，確保系統(tǒng)在電源恢復(fù)后穩(wěn)定運行。

時間、日歷與鬧鐘設(shè)置

時間和日歷信息可通過讀取相應(yīng)的寄存器字節(jié)獲得，設(shè)置時需將寄存器B中的SET位寫為邏輯1，以防止在訪問時更新發(fā)生。數(shù)據(jù)格式可以是二進制或二進制編碼十進制（BCD），所有時間、日歷和鬧鐘寄存器必須使用相同的數(shù)據(jù)模式。鬧鐘設(shè)置有多種方式，可通過設(shè)置“不關(guān)心”狀態(tài)來實現(xiàn)不同的鬧鐘觸發(fā)條件。

控制寄存器與功能實現(xiàn)

控制寄存器A

控制寄存器A（0Ah）包含多個重要位。UIP位是更新進行中的狀態(tài)標志，可用于監(jiān)測更新傳輸?shù)臓顟B(tài)；DV2、DV1、DV0位用于控制振蕩器的開關(guān)和倒計時鏈的復(fù)位；RS3 - RS0位用于選擇15級分頻器的13個抽頭之一，或禁用分頻器輸出，可用于生成輸出方波和/或周期性中斷。

控制寄存器B

控制寄存器B（0Bh）的各個位也有不同的功能。SET位用于控制更新傳輸?shù)拈_啟和關(guān)閉；PIE位用于啟用周期性中斷；AIE位用于啟用鬧鐘中斷；UIE位用于啟用更新結(jié)束中斷；SQWE位用于控制方波輸出的開啟和關(guān)閉；DM位用于指示時間和日歷信息的數(shù)據(jù)模式；24/12位用于設(shè)置小時字節(jié)的格式；DSE位用于啟用夏令時調(diào)整。

其他控制寄存器

寄存器C和D是只讀寄存器，用于提供狀態(tài)信息。此外，還有擴展控制寄存器4A和4B，用于控制和監(jiān)測芯片的擴展功能，如輔助電池、喚醒、啟動和RAM清除等。

中斷控制與方波輸出

中斷控制

DS1685/DS1687包含六種獨立的自動中斷源，包括鬧鐘中斷、周期性中斷、更新結(jié)束中斷、喚醒中斷、啟動中斷和RAM清除中斷。應(yīng)用程序可以通過設(shè)置相應(yīng)的中斷使能位來選擇使用哪些中斷。中斷標志位在寄存器C或擴展寄存器4A中設(shè)置，可用于輪詢模式。

方波輸出

SQW引腳可通過編程輸出多種頻率的方波，由寄存器B中的SQWE位或擴展寄存器4B中的E32K位控制。當(dāng)E32K = 1時，無論RS3 - 0和SQWE的設(shè)置如何，都會輸出32.768kHz的方波。方波輸出可用于時鐘外部電源管理電路。

擴展功能與應(yīng)用場景

擴展功能

芯片通過軟件控制的銀行切換方案實現(xiàn)了一系列擴展功能，包括64位硅序列號、世紀計數(shù)器、日期鬧鐘、輔助電池控制、喚醒、啟動、RAM清除控制和128字節(jié)擴展RAM訪問等。這些功能為系統(tǒng)的設(shè)計提供了更多的靈活性和擴展性。

應(yīng)用場景

DS1685/DS1687適用于多種應(yīng)用場景，如嵌入式系統(tǒng)、公用事業(yè)儀表、安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)集線器、網(wǎng)橋和路由器等。在這些應(yīng)用中，芯片的高精度計時、電源管理和數(shù)據(jù)存儲功能能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

電氣特性與注意事項

電氣特性

芯片的電氣特性包括絕對最大額定值、推薦的直流工作條件、直流電氣特性、RTC交流時序特性和電容等。在設(shè)計時，必須確保芯片的工作條件在這些參數(shù)范圍內(nèi)，以保證芯片的正常運行和可靠性。

注意事項

在使用芯片時，需要注意一些事項。例如，在電池備份模式下，不允許出現(xiàn)任何幅度的負下沖；在焊接時，要注意溫度限制，特別是EDIP封裝的芯片；在選擇晶體時，要參考相關(guān)的應(yīng)用筆記，確保晶體的參數(shù)符合要求。

DS1685/DS1687 3V/5V實時時鐘芯片以其豐富的功能、靈活的設(shè)計和可靠的性能，為電子工程師在實時時鐘設(shè)計方面提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求，合理利用芯片的各種特性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和精準計時。你在使用類似實時時鐘芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。