新型高精度时钟芯片RTL-4553_单片机论文
关键词：单片机 时钟芯片 rtc-4553
现在流行的串行时钟芯片很多，如ds1302、ds1307、pcf8485等。这些芯片接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用，但这些芯片都存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。本文介绍一种epson公司最新推出的rtc-4553时钟芯片。该芯片采用内置晶振和独特的数据方法，大大提高了时钟精度和可靠性。rtc-4553配有串行通信接口，另有30×4bit sram，有2000～2099的百年日历，采用14脚sop封装，电池耗电2μa，时钟误差<3 min/年且无需调整，是仪器仪表高精度时钟的理想芯片。
1 内部结构及引脚
串行时钟芯片的内部结构如图1所示。它包含i/o控制器、移位寄存器、命令及逻辑控制器，表态ram、实时时钟、计数器、晶振等部分。
图2为rtc-4553的引脚图。cs0为片选脚，低电平选中；wr为读写使能口，高为读，低为写；l1～l5为工厂出厂调整精度和测试用，使用中悬空；cs1为芯片掉电检查口，可直接与系统电源连接，芯片测到该口为低时，自动进入低功耗状态；sck为时钟口，sin为数据输入口，sout为数据输出口。另外，芯片还有1个时钟信号输出口tpout，该口可输出1024hz或1/10hz的信号，以供检测芯片的时钟精度所用。
2 功能及控制
2.1 寄存器
rtc-4553共有46×4bit寄存器。这些寄存器分3页，第1页共16个，分别为时钟寄存器和控制寄存器，如表1所列，用来存放秒、分、时、日、月、年、星期和3个特殊寄存器；第2页、第3页各有15个，共30个sram寄存器，页面的选择通过操作控制寄存器3的ms1、ms0位来实现。
表1
| 第0页 | 第1页 | 第2页 | |||
| 地址a3a2a1a0 | 功能说明 | 地址a3a2a1a0 | 功能说明 | 地址a3a2a1a0 | |
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0a 0b 0c 0d 0e 0f | 个位秒 十位秒 个位分 十位分 个位时 十位时 星期 个位天 十位天 个位月 十位月 个位年 十位年 控制寄存器1 控制寄存器2 控制寄存器3 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0a 0b 0c 0d 0e | 静 态 ram 区 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0a 0b 0c 0d 0e | 静 态 ram 区 |
控制寄存器1：cnt1
| tps | - | cntr | 24/12 |
tps——tpout输出时钟选择位，1输出1024hz，0输出1/10hz；
cntr——时钟寄存器清零标志；
24/12——1为24小时制，0为12小时制。
控制寄存器2：
| busy | ponc | - | - |
busy——有进位溢出；
ponc——初始上电检测，为1表示刚上电需校时。
控制寄存器3：
| - | - | ms1 | ms0 |
ms1、ms0——页面选择位，00和01指向0页，10指向1页，11指向2页。
2.2 数据读出
在片选择中芯片，wr置高时，芯片处于读出状态，随着sck脚上的时钟变化，内部寄存器的数据将出现在sout脚上。输入需要8个时钟，4个用来输入地址；输出数据也需要8个时钟，包括4个地址位4个数据位。数据在sck上升沿输入，在下降沿输出。寄存器的地址由sin脚输入，页面由ms0、ms1决定。图3为读时序图。
2.3 数据写入
rtc-4553采用特殊的写指令，对第0页的0d～0fh及第1页、第2页的寄存器的操作采用常规写法，地址后面的数据将原样写入寄存器中，而对时间寄存器写操作指令只能将内部的内容加1，并自动完成转换。图4为时间寄存器写时序。芯片这种独特的设计，防止了时钟区数据被意外干扰出现非法数据的可能，这正是该芯片高可靠性的原因所在。
3 应用
rtc-4553采用串行通信，与单片机接口简单，在设计中ram区可放置少量的停电后系统需要保存的数据。cs1也可与单片机的掉电检测口相连，以便能迅速进入低功耗状态。图5以pic单片机为例，给出连接图。
按图5给出单字节的读程序：
入口：fde的低4位存放读地址，w的低4位存放读地址
bsf ra，wr ；读状态
bcf ra，cs0 ；选芯片
movlw 8
movwf count ;准备发8位
loop：bcf ra，sck ；sck低电平
bcf ra，sin
btfss fde，0 ；fde的0位为1
；则sin口为1
goto lll ；否则sin口输出0
bsf ra，sin
lll：
rrf fde，1 ；fde右移，准备发下一位
bsf ra，sck ；sck高电平
decfs2 count
goto loop ；读指令发完
movlw 8 ；准备接收数据
movwf count
loop1：
bcf ra，sck
nop
bsf ra，sck
rrf w，0
bcf w，0
btfss ra，sout ；读判断
goto lll1
bsf w，0
lll1：
decfs2 count
goto loop1
bcf ra，cs0 ；结束，关芯片