深度剖析DS17285/DS17287等实时时钟芯片：功能、特性与应用

在电子设计领域，实时时钟（RTC）芯片是确保系统时间准确性和稳定性的关键组件。今天我们将深入探讨Maxim Integrated推出的DS17285、DS17287、DS17485、DS17487、DS17885和DS17887系列实时时钟芯片，了解它们的特性、功能以及在实际应用中的表现。

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1. 芯片概述

DS17x85和DS17x87系列实时时钟芯片是行业标准DS12885和DS12887的继任者。DS17x85提供实时时钟/日历、一次性日报警、三个可屏蔽中断、可编程方波输出以及114字节的电池备份非易失性SRAM，还具备硅序列号、电源开关控制电路等增强功能，以及2k、4k或8k字节的电池备份非易失性SRAM。而DS17x87则将石英晶体和锂能源集成到24引脚封装的DIP中。

这些芯片的电源控制电路允许系统通过外部刺激（如键盘）或时间日期（唤醒）报警来开启电源。PWR输出引脚会被这些事件触发，用于开启外部电源，并且该引脚受软件控制，任务完成后可关闭系统电源。

2. 关键特性

2.1 集成标准与增强功能

这些芯片集成了行业标准的DS1287 PC时钟，并具备增强功能。RTC可对秒、分、时、日、日期、月和年进行计数，支持到2099年的闰年补偿。

2.2 电源与操作模式

支持可选的+3.0V或+5.0V操作，具备SMI恢复堆栈和64位硅序列号。电源控制电路支持系统通过日期/时间报警或按键闭合开启电源。

2.3 时钟模式

支持12小时或24小时时钟模式，12小时模式下有AM和PM指示。

2.4 内存与功能

拥有114字节的通用电池备份非易失性SRAM，以及扩展的电池备份非易失性SRAM（DS17285/DS17287为2048字节，DS17485/DS17487为4096字节，DS17885/DS17887为8192字节）。具备RAM清除功能、六个独立可屏蔽中断标志的中断输出、一次性日报警、时钟更新周期结束标志、可编程方波输出、自动电源故障检测和切换电路。

2.5 封装与温度范围

提供PDIP、SO或TSOP封装（DS17285、DS17485、DS17885），可选封装的DIP（EDIP）封装，集成了晶体和电池（DS17287、DS17487、DS17887），可选工业温度范围，且获得了Underwriters Laboratory（UL）认证。

3. 电气特性

3.1 绝对最大额定值

VCC引脚相对于地的电压范围为 -0.3V至 +6.0V，商业工作温度范围为0°C至 +70°C，工业工作温度范围为 -40°C至 +85°C，存储温度范围因封装而异，引脚焊接温度限制为 +260°C。

3.2 DC电气特性

涵盖了电源电压、电池输入电压、输入逻辑电平、电源电流、待机电流、输入泄漏电流、输出逻辑电压等参数，不同电压模式下有不同的取值范围。

3.3 AC电气特性

包括周期时间、脉冲宽度、输入上升和下降时间、芯片选择设置时间、数据保持时间等参数，不同电压模式下也有不同的表现。

4. 详细功能解析

4.1 振荡器电路

DS17x85使用外部32.768kHz晶体，振荡器电路无需外部电阻或电容。晶体的标称频率为32.768kHz，串联电阻最大为50kΩ，负载电容为6pF或12.5pF。也可使用外部32.768kHz振荡器驱动，此时X1引脚连接外部振荡器信号，X2引脚不连接。

4.2 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修整电容负载的匹配程度。温度变化会导致晶体频率漂移，外部电路噪声耦合到振荡器电路可能导致时钟运行过快。DS17287、DS17487和DS17887的封装DIP（EDIP）模块在工厂进行了修整，在25°C时精度可达每月 ±1分钟。

4.3 电源控制

当VCC高于VPF时，设备可完全访问并进行数据读写；当VCC低于VPF时，设备禁止读写访问。如果VPF小于VBAT，当VCC下降到VPF以下时，设备电源从VCC切换到VBAT或VBAUX中较高的一个；如果VPF大于VBAT或VBAUX中的较高值，当VCC下降到较高备份源以下时，设备电源切换到VBAT或VBAUX中较高的一个。寄存器由VBAT或VBAUX源维持，直到VCC恢复到标称水平。

4.4 时间、日历和报警

时间和日历信息通过读取相应的寄存器字节获得，可设置为二进制或二进制编码十进制（BCD）格式。日周寄存器在午夜递增，月份末尾的日期会自动调整，包括闰年校正。在写入内部时间、日历和报警寄存器之前，应将寄存器B中的SET位设置为逻辑1，以防止在访问时进行更新。

报警字节有两种使用方式：一是在指定时间每天触发报警中断；二是在一个或多个报警字节中插入“不关心”状态，根据设置的“不关心”位不同，可实现每小时、每分钟或每秒触发报警。

4.5 控制寄存器

四个控制寄存器（A、B、C和D）位于银行0和银行1中，可随时访问。寄存器A控制振荡器和分频器，寄存器B控制更新、中断、方波输出、数据模式、时钟格式和夏令时调整，寄存器C包含中断请求标志，寄存器D指示电池状态。

4.6 非易失性RAM

用户RAM字节可作为电池备份内存使用，分为两个独立的内存银行。银行0可访问14个实时时钟寄存器和114字节的用户RAM，银行1可访问额外的2k、4k或8k字节的用户RAM。

4.7 中断

RTC包含六个独立的自动中断源，包括报警中断、周期性中断、更新结束中断、唤醒中断、启动中断和RAM清除中断。应用程序软件可选择使用哪些中断，通过设置相应的中断使能位来控制。

4.8 方波输出选择

通过寄存器A中的RS0 - RS3位选择15级分频器的13个抽头之一，可设置方波输出频率。如果E32K = 1，无论RS3 - RS0位状态如何，SQW引脚都会输出32kHz方波。

4.9 更新周期

DS17x85每秒执行一次更新周期，当寄存器B中的SET位设置为1时，双缓冲的时间、日历和报警字节的用户副本会冻结，但时间倒计时链会继续更新内部副本。为避免访问不一致的时间和日历数据，可使用更新结束中断、更新进行中（UIP）位或周期性中断来处理。

4.10 扩展功能

通过软件控制的银行切换方案访问扩展功能，银行0包含时钟/日历寄存器和50字节的用户RAM，银行1包含扩展寄存器，提供64位硅序列号、世纪计数器、RTC写入计数器、日期报警、辅助电池控制/状态、唤醒、启动、RAM清除控制/状态和扩展RAM访问等功能。

5. 应用场景

这些实时时钟芯片适用于嵌入式系统、公用事业仪表、安全系统、网络集线器、网桥和路由器等领域。在这些应用中，它们能够提供准确的时间信息，确保系统的正常运行和数据的准确性。

6. 总结

DS17285/DS17287/DS17485/DS17487/DS17885/DS17887系列实时时钟芯片具有丰富的功能和出色的性能，能够满足各种应用场景的需求。在实际设计中，电子工程师可以根据具体需求选择合适的芯片，并合理配置其功能，以实现系统的稳定运行和精确计时。你在使用这些芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。