2018年03月24日 | 时钟芯片DS1302应用于晶振的负载电容可靠起振的方法

2018-03-24 来源：eefocus

在 DS1302的实际使用中，采用辅助电容法，可以解决 DS1302 在应用中由于晶振的负载电容不匹配而引起的停振问题。

概述

DS1302 是 Dallas 公司生产的一种实时时钟芯片。它通过串行方式与单片机进行数据传送，能够向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息，并可对月末日期、闰年天数自动进行调整；它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。另外，它还能提供 31 字节的用于高速数据暂存的 RAM. 鉴于上述特点，DS1302 已在许多单片机系统中得到应用，为系统提供所需的实时时钟信息。

一、 DS1302 的主要特性

1. 引脚排列

图 1 DS1302 引脚排列图

　　DS1302 的引脚排列如图 1 所示，各引脚的功能如下：

　　X1,X2--32768Hz 晶振引脚端；

　　RST--复位端；

　　I/O--数据输入/输出端；

　　SCLK--串行时钟端；

　　GND--地； VCC2,VCC1--主电源与后备电源引脚端。

　　2. 主要功能

　　DS1302 时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器、实时时钟电路以及用于高速暂存的 31 字节 RAM.DS1302 与单片机系统的数据传送依靠 RST,I/O,SCLK 三根端线即可完成。其工作过程可概括为：首先系统 RST 引脚驱动至高电平，然后在作用于 SCLK 时钟脉冲的作用下，通过 I/O 引脚向 DS1302 输入地址/命令字节，随后再在 SCLK 时钟脉冲的配合下，从 I/O 引脚写入或读出相应的数据字节。因此，其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的。

　　二、时钟的产生及存在的问题

　　（1）在实际使用中，我们发现 DS1302 的工作情况不够稳定，主要表现在实时时间的传送有时会出现误差，有时甚至整个芯片停止工作。我们对 DS1302 的工作电路进行了分析，其与单片机系统的连接如图 2 所示。从图中可以看出，DS1302 的外部电路十分简单，惟一外接的元件是 32768Hz 的晶振。通过实验我们发现：当外接晶振电路振荡时，DS1302 计时正确；当外接晶振电路停振时，DS1302 计时停止。因此，我们认为 32768Hz 晶振是造成 DS1302 工作不稳定的主要原因。

图 2 DS1302 与单片机系统的连接图

　　（2） DS1302 时钟的产生基于外接的晶体振荡器，振荡器的频率为 32768Hz.该晶振通过引脚 X1、X2 直接连接至 DS1302,即 DS1302 是依靠外部晶振与其内部的电容配合来产生时钟脉冲的。由于 DS1302 在芯片本身已经集成了 6pF 的电容，所以，为了获得稳定可靠的时钟，必须选用具有 6pF 负载电容的晶振。然而，许多人在选用晶振时仅仅注意了晶振的额定频率值，而忽视了晶振的负载电容大小，甚至连许多经销商也不能提供所售

　　晶振的负载电容。所以即使在使用中选用了符合 32768Hz 的晶振，但如果该晶振的负载电容与 DS1302 提供的 6pF 不一致时，就会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏移，出现上述在应用中的问题。

　　三、利用辅助电容实现负载匹配

　　（1）当所选的晶振负载电容不是 6pF 时，可以采用增加辅助电容的方法提高或降低 DS1302 振荡器的电容性负载，使之与晶体所需的电容值匹配。

　　如果已知晶体的负载电容为 CI,若 CI<6pF,则可以增加一个并联电容 CS 以产生所需的总负载电容 CI,即 CI=6pF+CS;若 CI>6pF,则可以在晶体的一端增加一个串联电容 CS, 以产生所需的负载电容 CI,即 1/CI=1/6pF+1/CS,通过计算即可得出应增加的辅助电容大小。辅助电容的接法如图 3 所示。

图 3 CS 连接电路图

　　（2）在使用前对晶体的负载电容并不知道的情况下，通过测定晶体振荡频率的方法可以确定该晶体的负载电容。

　　对于晶体振荡器来说，其振荡频率与负载电容之间的关系是确定的。以本文讨论的 DS1302 使用的 32768Hz 晶振为例：当它工作于所要求的负载电容时，能较准确地产生 32768Hz 的频率；当它的负载电容小于 6pF 时，其振荡频率会正向偏移；当它的负载电容大于 6pF 时，其振荡频率就会负向偏移。因此，对于未知负载电容的晶体应首先采用实验的方法，在其两端加入辅助电容使晶体起振，然后用频率计测出振荡频率。若测得频率大于 32768Hz,说明负载电容偏小；若测得频率小于 32768Hz,说明负载电容偏大。对辅助电容逐步调整，最终使振荡频率尽可能接近 32768Hz,则此时晶体端所接负载电容的总和就是适合该晶体的负载电容。

　　结论

　　以上方法经我们在实际工作中多次使用，证明确实有效。它放宽了 DS1302 在使用中对晶振的条件要求，增强了 DS1302 在工作中的稳定性，对 DS1302 更广泛地应用具有积极的意义。

时钟芯片 DS1302 负载电容可靠起振

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