√
√
√
时戳 － － －
√
看门狗 － － －
√
54 SEMICONDUCTOR COMPONENTS APPLICATION 2008年06月
应用 APPLICATION DESIGN
设计
二、ＰＣＦ２１２８ 概述
ＰＣＦ２１２８ 是内部集成温度补偿晶体振荡器（ＴＣＸＯ） 和 ３２．７６８ｋＨｚ 石英晶振的 ＣＭＯＳ 实时时钟／日历芯片，适用 于要求极高精度、极低功耗的场合。ＰＣＦ２１２８ 具有 ５１２ 字 节通用静态 ＲＡＭ、可供选择的 Ｉ２Ｃ 和 ＳＰＩ 接口、后备电源 转换、可编程看门狗、时戳等特性功能。
关键字： 时钟芯片、PCF2128、实时时钟（RTC）
一、 ＮＸＰ 时钟芯片选型指南
ＰＣＦ８５６３、ＰＣＡ８５６３／６５ 系列芯片是 ＮＸＰ 公司生产的 低功耗 ＣＭＯＳ 实时时钟／日历芯片，提供可编程时钟输 出、中断输出、掉电检测和报警等功能。地址和数据通过 Ｉ２Ｃ 总线串行传输，总线速度最高为 ４００ｋｂｉｔｓ／ｓ，每次读写 数据后，内嵌的字地址寄存器自动产生增量。
SPI
存储器 － － － 4kb SRAM
表 １ ＮＸＰ 系列时钟芯片选型表
报警 √ √ √
NXP 系列时钟芯片
功耗（3V） 工作温度 低压检测 电池转换
250nA -20℃～+85℃
√
√
250nA -20℃～+85℃
√
√
500nA -40℃～+125℃ √
√
电源失效 － － －
√
－
-20℃～+85℃
作电压范围是 １．８Ｖ￣５．５Ｖ，本设计采用 ３．３Ｖ 供电模式， 在系统电源输入端接入一个 １０μＦ 极性电容 Ｃ６ 和一个 ０．１μＦ 电容 Ｃ５ 进行滤波，０．１μＦ 的电容 Ｃ４ 接在芯片的 电源输入端进行再次滤波。
应用 APPLICATION DESIGN
设计
寄存器 ０ｘ１０Ｈ 和 ０ｘ１１Ｈ 分别用作控制看门狗定时器 和倒计数定时器，定时器有 ４ 个可选的时钟源，允许定时 器周期的范围从小于 １ｍｓ 到大于 ４ 小时进行设定。看门狗
超时可以选择产生复位或者中断，当倒计数定时器每次计 时结束可以选择产生中断。
寄存器 ０ｘ１２Ｈ 至 ０ｘ１８Ｈ 是时戳功能寄存器，用作保 存 １／１６ 秒、秒、分、小时、日、月和年等时间信息，当 有事件触发时，时间信息保存在时戳寄存器中。
ＰＣＦ２１２８ 芯片示意图如图 ２ 所示。 ＮＸＰ 系列时钟芯片选型表见表 １。
图 １ ＰＣＦ８５６３ 系列时钟芯片示意图
图 ２ ＰＣＦ２１２８ 示意图
型号
Vdd 接口
PCF8563 1.0-5.5V I2C
PCA8563 1.8-5.5V I2C
PCA8565 1.8-5.5V I2C
I2C PCF2128 1.8-5.5V
ＰＣＦ８５６３／ＰＣＡ８５６３／ＰＣＡ８５６５ 时钟芯片示意图如图 １ 所示。
ＰＣＦ２１２８ 是内部集成温度补偿晶体振荡器（ＴＣＸＯ） 和 ３２．７６８ｋＨｚ 石英晶振的 ＣＭＯＳ 实时时钟／日历芯片，适用 于要求极高精度、极低功耗的场合。ＰＣＦ２１２８ 具有 ５１２ 字 节通用静态 ＲＡＭ、可供选择的 Ｉ２Ｃ 和 ＳＰＩ 接口、后备电源 转换、可编程看门狗、时戳等特性功能。
寄存器 ０ｘ０ＡＨ 到 ０ｘ０ＥＨ 用来定义报警功能，在报警 发生时可以选择产生中断；
寄存器 ０ｘ０ＦＨ 定义温度测量周期和时钟输出模式， 可以选择从每隔 ４ 分钟（默认）到每隔 ３０ 秒的范围内进 行一次温度测量；在时钟输出模式，可以选择 ３２７６８ｋＨｚ （默认）到 １Ｈｚ 的 ＣＬＫＯＵＴ 频率输出，用作系统时钟、 微控制器时钟等。
１） 内部集成 ３２．７６８ｋＨｚ 石英晶振； ２） 集成电容的温度补偿晶体振荡器（ＴＣＸＯ）； ３） 精度：－２０℃～＋７０℃ 时典型值为３ｐｐｍ；－４０℃～＋８５℃ 时典型值为 ５ｐｐｍ； ４） 可选择的 Ｉ２Ｃ 和 ＳＰＩ 接口； ５） ５１２ 字节的通用静态 ＲＡＭ； ６） 振荡器停振检测； ７） 带中断和复位的可编程看门狗定时器；
在选择 Ｉ２Ｃ 总线时，需要短接的引脚如图 ９ 所示。 ＳＣＬ／ＳＣＫ 引脚与 ＳＣＬ 引脚，短路 Ｂ１－Ａ１；连接 ＳＤＡ／ＣＥ 引 脚与 ＳＤＡ 引脚，短路 Ｂ２－Ａ２；连接 ＩＦＳ／ＧＮＤ 引脚与 ＶＯＵＴ 引脚，短路 Ｂ３－Ａ３。
图 ９ Ｉ２Ｃ 接口选择
SPI 总线模式选择
Ｉ２Ｃ 总线的串行数据端 ＳＤＡ、串行时钟端 ＳＣＬ 是双向 线，开漏输出，通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电 源电压，实现“线与”功能。当总线空闲时，两条线路都 是高电平。总线速率越高，总线上拉电阻就要越小。
ＰＣＦ２１２８ 芯片器件地址，读操作是 ０ｘＡ３Ｈ，写操作是 ０ｘＡ２Ｈ。
图 ６ Ｉ２Ｃ 总线接口
８） 后备电源转换电路； ９） 电池低压检测。
三、功能描述
ＰＣＦ２１２８ 是实时时钟／日历芯片，带有片上温度补偿晶 体振荡器（ＴＣＸＯ）和 ３２．７６８ｋＨｚ 石英晶振。地址和数据通 过 ２ 线制的双向 Ｉ２Ｃ 接口或 ３ 线制的 ＳＰＩ 接口进行传输。
ＰＣＦ２１２８ 包含 ３０ 个 ８ 位寄存器，一个自动增量的地 址寄存器，地址寄存器在每次读或写数据字节后自动递 增，在到达地址 ０ｘ１ＢＨ 后，翻转到 ０ｘ００Ｈ。静态 ＲＡＭ 读 写寄存器 ０ｘ１ＣＨ 和 ０ｘ１ＤＨ 必须进行明确寻址。
位
符号
Ｗ ７
Ｒ
数值 ０ １
描述 写数据 读数据
６－５ 子地址
０１
若写入其他数据芯 片将忽略数据传输
４－０ 寄存器地址 ０ｘ００Ｈ－０ｘ１ＤＨ 硬件地址
4. SPI 与 I2C 转换模块电路 ＰＣＦ２１２８ 芯片上 ＳＰＩ 总线引脚与 Ｉ２Ｃ 总线引脚是复用
的，ＳＰＩ／Ｉ２Ｃ 接口选择电路如图 ８ 所示。使用了跳线器 ＪＰ１ 来选择 ＳＰＩ 接口或 Ｉ２Ｃ 接口。
设计 应用
APPLICATION DESIGN
时钟芯片的选择与应用
广州致远电子有限公司
摘 要： 本文介绍了 NXP 公司的新一代时钟芯片 PCF2128。本文从芯片概述、典型应用电路设计、电路分析、原理说明及示例应用 五个方面，详细的介绍了时钟芯片的功能特点和应用解决方案。帮助用户深入了解芯片性能，快速掌握时钟芯片的硬件设 计和软件开发。
触发事件 ２：管脚 ＴＳ 输入为地。短路 Ｂ４－Ｃ４，当按 键 Ｓ２ 按下时产生触发事件 ２。
在 Ｔｉｍｅｓｔａｍｐ 引脚的输入端并联 ０．１μＦ 电容，作用是 去除按键抖动。
6. 后备电源转换电路 ＰＣＦ２１２８ 具有 ３ 个电源引脚，分别是： ＶＤＤ －主电源输入管脚； ＶＢＡＴ －电池备用电源输入管脚； ＶＯＵＴ －电池供电电压输出管脚，电池供电的 输出电压等于内部工作电压。 ＰＣＦ２１２８ 的后备电源转换电路如图 １２ 所示。该电路
图 ７ ＳＰＩ 总线接口
图 ５ 电源电路
2. I2C 接口电路 ＰＣＦ２１２８ 具有可选择的 Ｉ２Ｃ 和 ＳＰＩ 双总线接口，Ｉ２Ｃ 接
口电路采用的是广州致远电子有限公司制定的标准 Ｉ２Ｃ 接 口模块如图 ６ 所示。模块对外电路接口从上到下依次为 ３．３Ｖ 电源、地、ＳＤＡ、ＳＣＬ、ＩＮＴ 中断口和 Ｉ／Ｏ 端口，此标 准模块通用于不同的开发平台，有利于元器件的扩展。
地址 ０ｘ０３Ｈ 至 ０ｘ０９Ｈ 寄存器组用作时钟功能（秒到 年）的计数器，对于小于 ３１ 天的月份，日期会自动进行 调整，时钟可以在 ２４ 小时模式和带 ＡＭ／ＰＭ 指示的 １２ 小 时模式下操作。秒、分、小时、日、星期、月和年寄存器 的编码格式为 ＢＣＤ 码。当 ＲＴＣ 寄存器被读时，所有计数 器的内容被锁定，在数据传送时，该操作可以防止对时钟 ／日历芯片的误读。
ＰＣＦ２１２８ 具有 ５１２ 字节的通用静态 ＲＡＭ，寄存器 ０ｘ１Ａ 和 ０ｘ１Ｂ 用于定义 ＲＡＭ 地址，０ｘ１ＣＨ 是 ＲＡＭ 写命 令，０ｘ１Ｄ 是 ＲＡＭ 读命令，数据通过串行接口对 ＲＡＭ 进 行读写操作。
四、ＰＣＦ２１２８ 硬件电路
ＰＣＦ２１２８ 典型应用电路如图 ４ 所示。划分为四个模 块：ＰＣＦ２１２８ 典型应用电路、Ｉ２Ｃ 接口模块、ＳＰＩ 接口模块 和 Ｉ２Ｃ／ＳＰＩ 接口选择模块。
由图 ８ 可知，ＰＣＦ２１２８ 的总线接口连接到 ＪＰ１ 的
图 ８ ＳＰＩ 与 Ｉ２Ｃ 接口选择电路
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GN
Ｂ１－Ｂ３ 端，与 Ｂ１－Ｂ３ 端连接的分别是：ＳＣＬ／ＳＣＫ 引脚、 ＳＤＡ／ＣＥ 引脚、ＩＦＳ／ＧＮＤ 引脚。 I2C 总线模式选择
3. SPI 接口电路 ＰＣＦ２１２８ 的 ＳＰＩ 总线接口采用广州致远电子有限公司
制定的标准 ＳＰＩ 接口模块如图 ７ 所示。一条 ＳＰＩ 总线可以 挂接多个主机和多个从机，同一时刻只允许有一个主机操 作总线，在数据传输过程中，总线上只能有一个主机和一 个从机通信，ＳＰＩ 总线时钟是由主机产生的。ＰＣＦ２１２８ 芯 片在系统中只能充当从机。
图 １２ 后备电源转换电路
图 １０ ＳＰＩ 接口选择
5. Timestamp 电路 ＰＣＦ２１２８ 有一个低电平有效的 Ｔｉｍｅｓｔａｍｐ（时戳）输入
管脚 ＴＳ，内接 ２００ｋΩ 的片内上拉电阻。ＰＣＦ２１２８ 的时戳 部件具有检测两种不同触发事件的电路，如图 １１ 所示。
五、硬件电路分析
根据 ＰＣＦ２１２８ 典型应用电路，本节内容对各模块的 组成电路作简要分析和说明。
1. 电源电路 ＰＣＦ２１２８ 典型应用电源电路如图 ５ 所示。ＰＣＦ２１２８ 工
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