深入解析DS1339 I2C串行实时时钟：功能、特性与应用

在电子设计领域，实时时钟（RTC）是一种至关重要的组件，它能为系统提供精确的时间和日期信息。今天我们要探讨的是Maxim Integrated推出的DS1339 I2C串行实时时钟，它具备诸多出色的特性，适用于各种不同的应用场景。

文件下载：DS1339.pdf

一、产品概述

DS1339是一款低功耗的时钟/日期设备，具有两个可编程的时间闹钟和一个可编程的方波输出。它通过I2C总线串行传输地址和数据，能提供秒、分、时、日、日期、月和年等信息。该时钟会自动调整月底日期，包括闰年修正，可工作在24小时或12小时格式，并带有AM/PM指示。此外，它还内置了电源感应电路，能检测电源故障并自动切换到备用电源，保持时间、日期和闹钟功能的正常运行。

二、应用领域

DS1339的应用范围十分广泛，涵盖了多个领域：

1. 手持设备：如GPS和POS终端。
2. 消费电子：像机顶盒、数字录音设备和网络设备。
3. 办公设备：包括传真机、打印机和复印机。
4. 医疗设备：例如血糖仪和药品分发器。
5. 电信设备：路由器、交换机和服务器等。
6. 其他：如电表、自动售货机、恒温器和调制解调器。

三、产品优势与特性

（一）全面的计时管理

1. 实时时钟功能：能精确计数秒、分、时、月日、月、周几和年，支持到2100年的闰年补偿。
2. 双时间闹钟：可设置两个不同的时间闹钟，满足多样化的定时需求。
3. 可编程方波输出：用户可根据需要调整方波的输出频率。
4. 振荡器停止标志：方便用户监测振荡器的工作状态。

（二）良好的接口能力

通过I2C串行接口，能与大多数微控制器轻松连接，实现数据的传输和控制。

（三）低功耗运行

采用低功耗设计，可有效延长电池备份的运行时间，适合对功耗要求较高的设备。

（四）智能电源管理

1. 自动电源故障检测与切换：当主电源出现故障时，能自动切换到备用电源，确保时钟和闹钟功能不受影响。
2. 涓流充电功能：可对备用电源进行涓流充电，保持其电量充足。

（五）安全认证

获得了Underwriters Laboratories（UL）的认证，保证了产品的安全性和可靠性。

（六）节省空间的封装

DS1339C采用表面贴装封装，并集成了晶体，节省了额外的空间，简化了设计。

四、订购信息

DS1339有多种型号可供选择，不同型号在温度范围、电压和引脚封装等方面有所差异。例如：	型号	温度范围	电压（V）	引脚封装	顶部标记
DS1339C - 2#	-40°C 至 +85°C	2.0	16 SO (300 mils)	DS1339C - 2
DS1339C - 3#	-40°C 至 +85°C	3.0	16 SO (300 mils)	DS1339C - 3
DS1339C - 33#	-40°C 至 +85°C	3.3	16 SO (300 mils)	DS1339C - 33
DS1339U - 2+	-40°C 至 +85°C	2.0	8 µSOP	1339 rr - 2
DS1339U - 3+	-40°C 至 +85°C	3.0	8 µSOP	1339 rr - 3
DS1339U - 33+	-40°C 至 +85°C	3.3	8 µSOP	1339 rr - 33

需要注意的是，“+”表示无铅/RoHS兼容封装，“#”表示符合RoHS要求的设备，可能包含RoHS豁免的铅。

五、电气特性

（一）绝对最大额定值

参数	数值
任何引脚相对于地的电压范围	-0.3V 至 +6.0V
工作温度范围（非冷凝）	-40°C 至 +85°C
存储温度范围	-55°C 至 +125°C
焊接温度（回流）	+260°C

超过这些绝对最大额定值可能会对设备造成永久性损坏，因此在使用过程中需严格遵守。

（二）推荐直流工作条件

在不同型号的DS1339中，电源电压、备用电源电压、逻辑电平、电源故障电压等参数都有相应的要求。例如，DS1339 - 2的电源电压范围为1.8V至5.5V，典型值为2.0V。

（三）直流电气特性

包括输入泄漏电流、I/O泄漏电流、逻辑0输出电流、VCC活动电流、VCC待机电流、涓流充电器电阻寄存器值、备用电源泄漏电流等参数。这些参数反映了设备在不同工作状态下的电流消耗情况。

（四）交流电气特性

涵盖了SCL时钟频率、总线空闲时间、保持时间、低电平周期、建立时间、数据保持时间、数据建立时间、上升时间、下降时间、停止条件建立时间、总线电容负载、I/O电容和振荡器停止标志延迟等参数。这些参数对于确保I2C总线的正常通信至关重要。

（五）电源上下电特性

包括上电恢复时间、VCC下降时间和VCC上升时间等参数。需要注意的是，在电池备份模式下，不允许出现任何幅度的负下冲。

六、引脚描述

DS1339的引脚具有不同的功能：

1. X1和X2：用于连接标准的32.768kHz石英晶体，内部振荡器电路设计为与指定负载电容为6pF的晶体配合使用，也可连接外部振荡器。
2. VBACKUP：备用电源引脚，电压需保持在1.3V至3.7V之间，可连接锂电池、可充电电池或超级电容。
3. GND：接地引脚，为设备提供直流电源。
4. SDA：串行数据输入/输出引脚，是I2C串行接口的输入输出引脚，为开漏输出，需外接上拉电阻。
5. SCL：串行时钟输入引脚，用于同步I2C串行接口的数据传输，同样需外接上拉电阻。
6. SQW/INT：方波/中断输出引脚，为可编程方波或中断输出信号，也是开漏输出，需外接上拉电阻。
7. VCC：主电源引脚，当电压在正常范围内时，设备可进行数据读写操作；当备用电源连接且VCC低于Vpf时，读写操作将被禁止。
8. N.C.：未连接引脚，必须接地。

七、详细操作说明

（一）设备操作模式

DS1339作为I2C总线上的从设备，通过START条件和设备识别代码进行访问，后续可顺序访问寄存器，直到执行STOP条件。当VCC大于Vpf时，设备可进行数据读写；当VCC低于Vpf时，内部时钟寄存器将被锁定。

（二）电源控制

由精确的温度补偿电压参考和比较器电路监控VCC电平。当VCC大于Vpf时，设备可正常读写；当VCC低于Vpf时，根据Vpf和VBACKUP的大小关系，设备电源会从VCC切换到VBACKUP，直到VCC恢复到正常水平。

（三）振荡器电路

使用外部32.768kHz晶体，无需外部电阻或电容。晶体的参数如标称频率、串联电阻和负载电容都有特定要求，且晶体、走线和晶体输入引脚应与射频信号隔离。

（四）时钟精度

时钟精度取决于晶体的精度以及振荡器电路的电容负载与晶体调整电容负载的匹配程度，温度变化和外部电路噪声也会影响时钟精度。

（五）地址映射

DS1339的寄存器有特定的地址映射，在多字节访问时，地址指针到达寄存器空间末尾会回绕到00h。在I2C START、STOP或地址指针递增到00h时，当前时间会传输到第二组寄存器，方便读取时间信息。

（六）时间和日期操作

时间和日期信息通过读取相应的寄存器字节获得，可通过写入寄存器字节进行设置或初始化。DS1339可工作在12小时或24小时模式，模式切换时需重新输入小时值。在读写时间和日期寄存器时，使用二级（用户）缓冲区防止内部寄存器更新时出现错误。

（七）闹钟功能

DS1339包含两个时间/日期闹钟，可通过编程设置闹钟触发条件。闹钟寄存器的掩码位可控制闹钟的触发频率，DY/DT位可控制闹钟是基于日期还是星期匹配。当RTC寄存器值与闹钟寄存器设置匹配时，相应的闹钟标志位会被置为1，若闹钟中断使能位和INTCN位也为1，则会激活SQW/INT信号。

（八）特殊用途寄存器

1. 控制寄存器（0Eh）：包含多个控制位，如EOSC控制振荡器的启动和停止，BBSQI控制电池备份时方波或中断输出的使能，RS2和RS1控制方波输出频率，INTCN控制闹钟与中断输出的关系，A2IE和A1IE分别控制闹钟2和闹钟1的中断使能。
2. 状态寄存器（0Fh）：包含振荡器停止标志（OSF）、闹钟2标志（A2F）和闹钟1标志（A1F），用于指示振荡器状态和闹钟触发情况。
3. 涓流充电器寄存器（10h）：控制涓流充电器的选择，通过TCS位选择是否启用涓流充电器，DS位选择是否连接二极管，ROUT位选择电阻值。用户可根据电池或超级电容的充电需求选择合适的二极管和电阻。

（九）I2C串行数据总线

DS1339支持I2C总线协议，工作在标准模式（100kHz）和快速模式（400kHz）。数据传输通过START和STOP条件控制，每个数据字节传输后接收方需进行确认。DS1339可工作在从接收模式（写模式）和从发送模式（读模式），在不同模式下数据的传输方向和处理方式有所不同。

八、使用注意事项

（一）处理与布局

DS1339C封装包含石英音叉晶体，在使用贴装设备时要避免过度冲击，避免超声波清洗。同时，应避免在封装下方布线，除非有接地平面隔离，所有未连接引脚必须接地。

（二）湿度敏感封装

湿度敏感封装的设备出厂时采用干燥包装，需遵循包装标签上的处理说明，防止回流过程中损坏。可参考IPC/JEDEC J - STD - 020B标准进行湿度敏感设备的分类。

九、总结

DS1339 I2C串行实时时钟是一款功能强大、性能稳定的实时时钟设备，具有全面的计时管理功能、良好的接口能力、低功耗运行和智能电源管理等优点。在实际应用中，电子工程师可根据具体需求选择合适的型号，并注意电气特性、引脚连接、操作模式和使用注意事项等方面，以确保设备的正常运行和系统的稳定性。你在使用DS1339的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎分享交流。