DS1302: часы реального времени, подключение и замена

Распиновка DS1302 (DIP-8 / SOIC-8)

Трёхпроводный интерфейс: CE, SCLK, I/O

Обмен с прибором идёт по трём линиям, и у каждой своя роль. CE — выбор прибора: он поднимается на время всей операции чтения или записи, и в приборе изнутри притянут вниз примерно 40 кОм, то есть в состоянии бездействия он низкий. Отсюда практическое требование: поднимать CE должен контроллер, а не подтяжка, иначе прибор будет постоянно выбран и не отдаст линию.

SCLK — такт, по которому идут биты. Максимальная частота — 2,5 МГц при питании от 2,5 В и выше, а в режиме резервного питания от батарейки частота ограничена 500 кГц, и при питании от батарейки передача идёт заметно медленнее.

I/O — линия данных, одна на приём и передачу: сначала прибор отдаёт байт, потом по той же линии принимает. Это отличает прибор от SPI-устройств с отдельными линиями, и при переносе кода готовой библиотеки с SPI-устройства это надо учитывать. Внутри у линии тоже есть притяжение вниз, поэтому передача идёт открытым коллектором по той же логике, что и I2C, и подтяжка на ней нужна.

Резервное питание и вывод VCC1

Питание у прибора разделено на два вывода, и их назначение часто путают. VCC2 — основное питание, от него прибор питается, пока оно есть. VCC1 — резервное, туда подключается батарейка, и пока основное питание в наличии, прибор берёт энергию именно с VCC2, а к батарейке только обращается при пропадании основного.

Отдельная особенность: вывод VCC1 является ещё и выходом для зарядки батарейки — на нём может появиться напряжение, предназначенное для её подзарядки. Именно поэтому нельзя подавать на VCC1 больше, чем напряжение батарейки: батарейка не рассчитана на зарядку и от такого напряжения может потечь или повредиться. На готовых модулях этот риск обычно снят, но при самостоятельной разводке схемы его надо учитывать.

Ток, который прибор берёт с батарейки, очень мал — менее 300 нА, — и именно поэтому часы продолжают идти месяцами и годами. Отсюда и типичная жалоба: часы на плате «пошли», а через год отстали. Почти всегда причина в одном из двух: либо батарейка не была установлена вовсе, либо она установлена, но прибор всё это время питался от основного питания, и в батарейку ничего не записывалось — то есть она просто разрядилась за время хранения. Проверять в таком случае надо не микросхему, а батарейку и наличие её контакта.

Точность хода и кварц

Частоту задаёт кварц 32,768 кГц, и вся точность хода определяется им. Типичное расхождение — порядка двух минут в месяц, и это справедливо для температуры в пределах комнаты. Прибор не имеет термокомпенсации, поэтому в горячем или холодном помещении уход будет больше, и это не дефект детали.

Кварц рассчитан на ёмкость нагрузки около 6 пФ, и замена на кварц с другой ёмкостью сместит ход. Кроме того, на точность сильно влияют разводка: длинные дорожки от выводов X1 и X2 до кварца и близость к ним силовых цепей дают уход больше, чем сам разброс кварцов.

Второй, менее очевидный фактор — ёмкость, которой шумит линия питания: прибор питается от батарейки в режиме резерва, но в основном режиме питание берётся от VCC2, и просадка этого питания сразу сказывается на ходе.

DS1302 и DS1307: что выбрать

Отличия касаются интерфейса, точности и набора памяти. DS1307 работает по I2C, то есть по двум линиям плюс земля и питание, и в готовых модулях он укомплектован термокомпенсированным генератором, из-за чего уход у него в разы меньше. DS1302 работает по трём линиям, точность у него ниже, зато в нём есть 31 байт энергонезависимой памяти, которой нет у DS1307, и календарь с компенсацией високосного года до 2100 года.

Для бытового прибора, где важна точность, разумнее DS1307. Для схемы, где память важнее точности, или где трёхпроводный интерфейс удобнее разводкой, подходит DS1302. Взаимозаменяемы они только на уровне «сделать часы», но не на уровне «перепаять деталь»: интерфейсы разные, и библиотеки тоже.

Есть и более новые приборы с I2C и встроенным термокомпенсированным генератором, и при замене на них проверяют три вещи: напряжение питания, наличие батарейки и то, остаётся ли после обесточивания питание на самой микросхеме, а не только на батарейке. У приборов с отдельным выводом резервного питания это в порядке вещей, а у некоторых новых — нет, и там батарейка на плате перестаёт работать без дополнительной обвязки.

Характеристики

• Питание 2,0…5,5 В, на 5 В совместимо по уровням с ТТЛ.
• Ток от батарейки менее 300 нА при напряжении 2,0 В.
• 31 байт энергонезависимой памяти.
• Календарь с компенсацией високосного года, действителен до 2100 года.
• Максимальная частота такта 2,5 МГц, в режиме резервного питания — 500 кГц.
• Кварц 32,768 кГц с ёмкостью нагрузки около 6 пФ.

Частые вопросы

• Сколько проводов нужно — три: CE, SCLK и I/O, плюс земля и питание.
• Куда подключается батарейка — на вывод VCC1, основное питание подаётся на VCC2, и при наличии основного прибор питается от него.
• Можно ли заряжать батарейку через VCC1 — да, этот вывод является выходом зарядки, но напряжение на нём не должно превышать напряжение батарейки.
• Насколько точен ход — типично расхождение порядка двух минут в месяц при комнатной температуре; термокомпенсации нет.
• Чем отличается от DS1307 — интерфейсом (три линии против двух по I2C), точностью хода и наличием 31 байта памяти.