DS3231是一款高精度的時鐘芯片，具有集成的溫度補償晶體振蕩器和一個32.768KHz的晶體，可為器件提供長期精確度；包含備用電源輸入端，斷開主電源后仍可保持精確的計時；寄存器內部能保存時間和鬧鐘設置等信息；提供兩個可編程的日歷鬧鐘和一個可編程方波輸出，支持I2C總線接口。

DS3231的特性如下：

基本計時功能，提供秒、分、時、星期、日、月、年信息，并提供有效期到2100年的閏年補償?

兩個日歷鬧鐘功能?

可編程方波輸出

數字溫度傳感器輸出：±3℃?

老化修正寄存器功能?

備用電池輸入功能

時鐘精度為：±2ppm（0℃～40℃）、±3.5ppm（-40℃～+85℃）?

低功耗

ds3231測試程序，采用數碼管顯示

#include 《reg51.h》

#include 《intrins.h》

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit SDA=P3^6; //模擬I2C數據傳送位SDA

sbit SCL=P3^7; //模擬I2C時鐘控制位SCL

sbit INT=P3^2;

sbit RESET=P3^3;

sbit led0=P1^0;

sbit led1=P1^1;

sbit led2=P1^2;

sbit led3=P1^3;

sbit led4=P1^4;

sbit led5=P1^5;

sbit led6=P1^6;

sbit led7=P1^7;

bit ack; //應答標志位

#define DS3231_WriteAddress 0xD0 //器件寫地址

#define DS3231_ReadAddress 0xD1 //器件讀地址

#define DS3231_SECOND 0x00 //秒

#define DS3231_MINUTE 0x01 //分

#define DS3231_HOUR 0x02 //時

#define DS3231_WEEK 0x03 //星期

#define DS3231_DAY 0x04 //日

#define DS3231_MONTH 0x05 //月

#define DS3231_YEAR 0x06 //年

//鬧鈴1

#define DS3231_SALARM1ECOND 0x07 //秒

#define DS3231_ALARM1MINUTE 0x08 //分

#define DS3231_ALARM1HOUR 0x09 //時

#define DS3231_ALARM1WEEK 0x0A //星期/日

//鬧鈴2

#define DS3231_ALARM2MINUTE 0x0b //分

#define DS3231_ALARM2HOUR 0x0c //時

#define DS3231_ALARM2WEEK 0x0d //星期/日

#define DS3231_CONTROL 0x0e //控制寄存器

#define DS3231_STATUS 0x0f //狀態(tài)寄存器

#define BSY 2 //忙

#define OSF 7 //振蕩器停止標志

#define DS3231_XTAL 0x10 //晶體老化寄存器

#define DS3231_TEMPERATUREH 0x11 //溫度寄存器高字節(jié)（8位）

#define DS3231_TEMPERATUREL 0x12 //溫度寄存器低字節(jié)（高2位）

uchar code dis_code［11］={0xc0，0xf9，0xa4，0xb0， // 0，1，2，3

0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90， 0xff}; // 4，5，6，7，8，9，off

uchar data dis_buf［8］;

uchar data dis_index;

uchar data dis_digit;

uchar BCD2HEX（uchar val） //BCD轉換為Byte

{

uchar temp;

temp=val&0x0f;

val》》=4;

val&=0x0f;

val*=10;

temp+=val;

return temp;

}

uchar HEX2BCD（uchar val） //B碼轉換為BCD碼

{

uchar i，j，k;

i=val/10;

j=val;

k=j+（i《《4）;

return k;

}

void delayus（uint us）

{

while （us--）;

}

void Start_I2C（）

{

SDA=1; //發(fā)送起始條件的數據信號

delayus（1）;

SCL=1;

delayus（5）; //起始條件建立時間大于4.7us，延時

SDA=0; //發(fā)送起始信號

delayus（5）; // 起始條件鎖定時間大于4μs

SCL=0; //鉗住I2C總線，準備發(fā)送或接收數據

delayus（2）;

}

void Stop_I2C（）

{

SDA=0; //發(fā)送結束條件的數據信號

delayus（1）; //發(fā)送結束條件的時鐘信號

SCL=1; //結束條件建立時間大于4us

delayus（5）;

SDA=1; //發(fā)送I2C總線結束信號

delayus（4）;

}

void SendByte（uchar c）

{

uchar BitCnt;

for（BitCnt=0;BitCnt《8;BitCnt++） //要傳送的數據長度為8位

{

if（（c《《BitCnt）&0x80）

SDA=1; //判斷發(fā)送位

else

SDA=0;

delayus（1）;

SCL=1; //置時鐘線為高，通知被控器開始接收數據位

delayus（5）; //保證時鐘高電平周期大于4μs

SCL=0;

}

delayus（2）;

SDA=1; //8位發(fā)送完后釋放數據線，準備接收應答位

delayus（2）;

SCL=1;

delayus（3）;

if（SDA==1）

ack=0;

else

ack=1; //判斷是否接收到應答信號

SCL=0;

delayus（2）;

}

uchar RcvByte（）

{

uchar retc;

uchar BitCnt;

retc=0;

SDA=1; //置數據線為輸入方式

for（BitCnt=0;BitCnt《8;BitCnt++）

{

delayus（1）;

SCL=0; //置時鐘線為低，準備接收數據位

delayus（5）; //時鐘低電平周期大于4.7μs

SCL=1; //置時鐘線為高使數據線上數據有效

delayus（3）;

retc=retc《《1;

if（SDA==1）

retc=retc+1; //讀數據位，接收的數據位放入retc中

delayus（2）;

}

SCL=0;

delayus（2）;

return（retc）;

}

void Ack_I2C（bit a）

{

if（a==0）

SDA=0; //在此發(fā)出應答或非應答信號

else

SDA=1;

delayus（3）;

SCL=1;

delayus（5）; //時鐘低電平周期大于4μs

SCL=0; //清時鐘線，鉗住I2C總線以便繼續(xù)接收

delayus（2）;

}

uchar write_byte（uchar addr， uchar write_data）

{

Start_I2C（）;

SendByte（DS3231_WriteAddress）;

if （ack == 0）

return 0;

SendByte（addr）;

if （ack == 0）

return 0;

SendByte（write_data）;

if （ack == 0）

return 0;

Stop_I2C（）;

delayus（10）;

return 1;

}

uchar read_current（）

{

uchar read_data;

Start_I2C（）;

SendByte（DS3231_ReadAddress）;

if（ack==0）

return（0）;

read_data = RcvByte（）;

Ack_I2C（1）;

Stop_I2C（）;

return read_data;

}

uchar read_random（uchar random_addr）

{

Start_I2C（）;

SendByte（DS3231_WriteAddress）;

if（ack==0）

return（0）;

SendByte（random_addr）;

if（ack==0）

return（0）;

return（read_current（））;

}

void ModifyTime（uchar yea，uchar mon，uchar da，uchar hou，uchar min，uchar sec）

{

uchar temp=0;

temp=HEX2BCD（yea）;

write_byte（DS3231_YEAR，temp）; //修改年

temp=HEX2BCD（mon）;

write_byte（DS3231_MONTH，temp）; //修改月

temp=HEX2BCD（da）;

write_byte（DS3231_DAY，temp）; //修改日

temp=HEX2BCD（hou）;

write_byte（DS3231_HOUR，temp）; //修改時

temp=HEX2BCD（min）;

write_byte（DS3231_MINUTE，temp）; //修改分

temp=HEX2BCD（sec）;

write_byte（DS3231_SECOND，temp）; //修改秒

}

void TimeDisplay（uchar Dhour，uchar Dmin，uchar Dsec）

{

dis_buf［7］=dis_code［Dhour / 10］; // 時十位

dis_buf［6］=dis_code［Dhour % 10］; // 時個位

dis_buf［4］=dis_code［Dmin / 10］; // 分十位

dis_buf［3］=dis_code［Dmin % 10］; // 分個位

dis_buf［1］=dis_code［Dsec / 10］; // 秒十位

dis_buf［0］=dis_code［Dsec % 10］; // 秒個位

dis_buf［2］=0xbf; // 顯示“-”

dis_buf［5］=0xbf;

}

void DateDisplay（uchar Dyear，uchar Dmonth，uchar Dday）

{

dis_buf［7］=dis_code［Dyear / 10］; // 年十位

dis_buf［6］=dis_code［Dyear % 10］; // 年個位

dis_buf［4］=dis_code［Dmonth / 10］; // 月十位

dis_buf［3］=dis_code［Dmonth % 10］; // 月個位

dis_buf［1］=dis_code［Dday / 10］; // 天十位

dis_buf［0］=dis_code［Dday % 10］; // 天個位

dis_buf［2］=0xbf; // 顯示“-”

dis_buf［5］=0xbf;

}

void get_show_time（void）

{

uchar Htemp1，Htemp2，Mtemp1，Mtemp2，Stemp1，Stemp2;

Htemp1=read_random（DS3231_HOUR）; //時 24小時制

Htemp1&=0x3f;

Htemp2=BCD2HEX（Htemp1）;

Mtemp1=read_random（DS3231_MINUTE）; //分

Mtemp2=BCD2HEX（Mtemp1）;

Stemp1=read_random（DS3231_SECOND）; //秒

Stemp2=BCD2HEX（Stemp1）;

TimeDisplay（Htemp2，Mtemp2，Stemp2）;

}

void get_show_date（void）

{

uchar Ytemp1，Ytemp2，Mtemp1，Mtemp2，Dtemp1，Dtemp2;

Ytemp1=read_random（DS3231_YEAR）; //年

Ytemp2=BCD2HEX（Ytemp1）;

Mtemp1=read_random（DS3231_MONTH）; //月

Mtemp2=BCD2HEX（Mtemp1）;

Dtemp1=read_random（DS3231_DAY）; //日

Dtemp2=BCD2HEX（Dtemp1）;

DateDisplay（Ytemp2，Mtemp2，Dtemp2）;

}

void get_show_Temperature（void）

{

uchar Ttemp1，Ttemp2，Ttemp3，Ttemp4;

Ttemp1=read_random（DS3231_TEMPERATUREH）; //溫度 高字節(jié)

Ttemp2=BCD2HEX（Ttemp1）;

Ttemp3=read_random（DS3231_TEMPERATUREL）; //溫度低字節(jié)

Ttemp4=BCD2HEX（Ttemp3）;

DateDisplay（0，Ttemp2，Ttemp4）;

}

void timer0（） interrupt 1

{

TH0=0xFC;

TL0=0x17;

P2=0xff; // 先關閉所有數碼管

P0=dis_buf［dis_index］; // 顯示代碼傳送到P0口

P2=dis_digit;

if （dis_digit & 0x80）

dis_digit=（dis_digit 《《 1） | 0x1;

else

dis_digit=（dis_digit 《《 1）;

dis_index++;

dis_index&=0x07; // 8個數碼管全部掃描完一遍之后，再回到第一個開始下一次掃描

}

void main（）

{

uint ii = 0;

RESET=0x1; //DS3231復位操作，正常操作下不需要每次都復位

delayus（5000）;

led0=0;

led1=0;

led2=0;

led3=0;

led4=0;

P0=0xff;

P2=0xff;

dis_digit=0xfe;

dis_index=0;

TimeDisplay（12， 5， 18）;

TMOD=0x11; // 定時器0， 1工作模式1， 16位定時方式

TH0=0xFC;

TL0=0x17;

TCON=0x01;

IE=0x82; // 使能timer0，1 中斷

TR0=1;

if （write_byte（DS3231_CONTROL， 0x1C） == 0）

led0=1;

if （write_byte（DS3231_STATUS， 0x00） == 0）

led1=1;

ModifyTime（10，6，13，15，30，00）; //初始化時鐘，2010/6/13，15/30/00

//小時采用24小時制

while（1）

{

//get_show_date（）; //顯示日期

//get_show_Temperature（）; //顯示溫度

get_show_time（）; //顯示時間

delayus（50000）;

}

}

DS3231芯片主要功能測試實現的介紹

DS3231電路的測試板是根據其典型應用電路原理圖進行設計的，其工作信息通過測試板與測試機進行交互，達到對內部寄存器訪問、端口輸出信息檢測的目的。

下圖所示是DS3231的典型應用原理圖：

根據以上原理圖，測試板的原理示意圖如下：

在測試板上的外圍器件要求以及端口處理要求如下：

VCC：主電源的引腳，需要使用0.1uF至1.0uF電容進行去耦。當在3.3V電源電壓條件下測試時用DPS2供電，DPS1斷開；當在5.5V電源電壓條件下進行測試時用DPS1；

32KHz：此漏極開路輸出引腳要求接上拉電阻，使能狀態(tài)下，輸出可工作在任意電源下。在測試板上同時引到了測試機通道，上拉電阻選擇1K?；

INT/SQW：低電平有效中斷或方波輸出，該漏極開路輸出引腳需要接上拉電阻，此管腳上拉接10K?電阻；

VBAT：備用電源輸入，需要使用0.1uF至1.0uF電容進行去耦，當此電源不用時，通過測試機內部繼電器切斷此電源；

SDA：上拉電阻選擇1K?電阻。

基本計時功能以及備用電池供電計時功能的測試實現

DS3231運行于12小時或者24小時模式，小時寄存器的第六位定義為12小時或者24小時的選擇位，該位為高時，選擇12小時模式，在12小時模式下，第五為為AM/PM指示位，邏輯高時為PM。

計時的功能是對內部的寄存器的時間信息進行測試，包括秒、分、時、星期、日期、月、年，對這種全面時間信息的測試，通常要選取一個覆蓋信息全的時間，我們的測試實現是通過I2C向時間寄存器中寫入數據2012年12月31日星期一23點59分59秒，在經過1s的時間后，讀取內部寄存器的信息，應該為2013年01月01日星期二00點00分00秒，在J750Ex測試機上通過對比測試向量，判斷功能的正確與否。

該電路的備用電源輸入管腳VBAT，能夠為器件提供備用電，當斷掉主電源供電后由備用電池供電，電路的實時時鐘功能不受影響，繼續(xù)正常工作。按照條件DPS2加電3.3V，DPS1斷開，DPS3加電3V施加測試電源電壓，向時間寄存器00h寫入數據50h，按照DPS2斷開，DPS1斷開，DPS3加電3V的條件施加電源電壓，供電等待1s，1s后按照最初的電壓條件供電，讀取內部寄存器地址00h的數據，若讀取數據為51h，則在VCC斷開的條件下，VBAT可以繼續(xù)供電使芯片持續(xù)工作。

日歷鬧鐘功能的測試實現

當RTC寄存器值與鬧鐘寄存器的設定值相匹配時，相應的鬧鐘標志位A1F或A2F置為邏輯1，如果相應的鬧鐘中斷使能位A1IE或A2IE也置為邏輯1，并且INTCH位置為邏輯1，鬧鐘條件將會觸發(fā)INT/SQW信號，RTC在時間和日期寄存器每秒更新時都會檢測匹配情況。

通過測試向量打開日歷鬧鐘功能并設置響應時間，如果時間到達設定的鬧鐘響應時刻，會將鬧鐘標志位自動置位，可以通過I2C接口訪問該標志位。通過對比標志位是否與向量一致。

數字傳感器輸出精度的測試實現

溫度寄存器地址為11h和12h，DS3231需要讀取的3個溫度點為25℃、85℃、-40℃，測試時的溫度是熱流罩提供準確恒定的溫度環(huán)境，通過I2C讀取寄存器地址11h和12h中各3個溫度點的數據。數字溫度傳感器輸出的精度為±3℃，驗證在相對恒溫的熱流罩溫度環(huán)境中，讀取值與測試向量是否相符。