一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，包括有直流電源、電池、雙電源自動(dòng)切換電路、時(shí)鐘芯片和微控制單元，所述直流電源的輸出端連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第一輸入端，所述電池的正極連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第二輸入端，所述雙電源自動(dòng)切換電路的輸出端連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端，所述時(shí)鐘芯片與微控制單元連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)上電時(shí)，MCU通過I2C總線從時(shí)鐘芯片中讀取硬件時(shí)鐘，再更新系統(tǒng)時(shí)間；同時(shí)利用雙電源自動(dòng)切換電路實(shí)現(xiàn)直流電源和電池的自動(dòng)切換，在直流電源處于工作狀態(tài)時(shí)，電池切換到零功耗狀態(tài)，從而增加電池的續(xù)航時(shí)間實(shí)現(xiàn)超低功耗。本實(shí)用新型作為一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘可廣泛應(yīng)用于arm平臺(tái)嵌入式領(lǐng)域。
【專利說明】一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及arm平臺(tái)嵌入式領(lǐng)域，尤其是一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
【背景技術(shù)】
[0002]術(shù)語解釋:
[0003]實(shí)時(shí)時(shí)鐘:縮寫是RTC(Real_Time Clock)，RTC是集成電路，通常稱為時(shí)鐘芯片，通常情況下需要外接32.768kHz晶體，匹配電容、備份電源等元件。
[0004]I2C 總線:I2C (Inter — Integrated Circuit)總線是由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，兩條線為SDA和SCL，SDA為串行數(shù)據(jù)，SCL為串行時(shí)鐘線，兩條線必須用一個(gè)上拉電阻與正電源相連，數(shù)據(jù)只在總線不忙時(shí)才可傳送，且嚴(yán)格按照時(shí)序要求，是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]上升沿、下降沿:數(shù)字電路中，把電壓的高低用邏輯電平來表示。邏輯電平包括高電平和低電平這兩種。不同的元器件形成的數(shù)字電路，電壓對(duì)應(yīng)的邏輯電平也不同。在TTL門電路中，把大于3.5伏的電壓規(guī)定為邏輯高電平，用數(shù)字I表示；把電壓小于0.3伏的電壓規(guī)定為邏輯低電平，用數(shù)字O表示。數(shù)字電平從O變?yōu)镮的那一瞬間叫作上升沿，從I到O的那一瞬間(時(shí)刻)叫作下降沿。
[0006]MCU: (Micro Control Unit)中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)或者單片機(jī),是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展,將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、R0M、定時(shí)計(jì)數(shù)器和多種1/0接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。
[0007]許多電子系統(tǒng)都會(huì)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘給不同功能使用，例如系統(tǒng)的日歷時(shí)間功能、時(shí)間戳記和定時(shí)工作的啟動(dòng)，定期喚醒系統(tǒng)執(zhí)行測量作業(yè)等。市面上許多解決方案己將實(shí)時(shí)時(shí)鐘和完整的“獨(dú)立”功能整合至微控制器，將微控制器整合的許多好處付諸實(shí)現(xiàn)，但在arm平臺(tái)(arm9、armll) Iinux嵌入式系統(tǒng)中在斷電情況下,一般由紐扣電池作為備份電源給予MCU供電，從而保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘能正常行走，由于MCU微控制器即便是處于低功耗的休眠狀態(tài)，內(nèi)核核心仍然受到電源控制器的管理及等待喚醒睡眠，消耗的能量相對(duì)于外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來說要多得多，對(duì)于尺寸要求嚴(yán)格的手持設(shè)備或終端產(chǎn)品電池的續(xù)航能力極為重要，本發(fā)明為外擴(kuò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，通過I2C總線連接到MCU，進(jìn)而在系統(tǒng)上電時(shí)候從時(shí)鐘芯片中讀取硬件時(shí)鐘再更新系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到供給系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。
[0008]但是MCU集成的內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘電池續(xù)航能力差，對(duì)于封裝性好的產(chǎn)品設(shè)備拆卸重新裝載繁瑣。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是:提供一種通過外接實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片及電源部分電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)備用電池續(xù)航能力的超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
[0010]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，包括有直流電源、電池、雙電源自動(dòng)切換電路、時(shí)鐘芯片和微控制單元，所述直流電源的輸出端連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第一輸入端，所述電池的正極連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第二輸入端，所述雙電源自動(dòng)切換電路的輸出端連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端，所述時(shí)鐘芯片與微控制單元連接。
[0011]進(jìn)一步，所述時(shí)鐘芯片與微控制單元通過I2C總線連接。
[0012]進(jìn)一步，所述雙電源自動(dòng)切換電路包括有第一二極管和第二二極管，所述直流電源的輸出端連接至第一二極管的陽極，所述電池的正極連接至第二二極管的陽極，第一二極管的陰極和第二二極管的陰極均連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端。
[0013]進(jìn)一步，所述雙電源自動(dòng)切換電路還包括有電容，所述電容的一端與第一二極管的陽極連接，所述電容的另一端接地。
[0014]進(jìn)一步，所第一二極管和第二二極管均為IN4148高速開關(guān)二極管。
[0015]進(jìn)一步，所述時(shí)鐘芯片的型號(hào)為PCF8563。
[0016]進(jìn)一步，所述直流電源為3.3V直流電源。
[0017]進(jìn)一步，所述電池為紐扣電池。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:本技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)上電時(shí)，MCU通過I2C總線從時(shí)鐘芯片中讀取硬件時(shí)鐘，再更新系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到供給系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能；同時(shí)利用雙電源自動(dòng)切換電路實(shí)現(xiàn)直流電源和電池的自動(dòng)切換，在直流電源處于工作狀態(tài)時(shí)，電池切換到零功耗狀態(tài)，從而增加電池的續(xù)航時(shí)間，實(shí)現(xiàn)超低功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘的電源供給部分電路原理圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)鐘芯片接口部分電路原理圖；
[0022]圖4為I2C總線起始停止條件時(shí)序圖；
[0023]圖5為數(shù)據(jù)位傳送圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0025]參照圖1，一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，包括有直流電源、電池、雙電源自動(dòng)切換電路、時(shí)鐘芯片和微控制單元，所述直流電源的輸出端連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第一輸入端，所述電池的正極連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第二輸入端，所述雙電源自動(dòng)切換電路的輸出端連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端，所述時(shí)鐘芯片與微控制單元連接。
[0026]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述時(shí)鐘芯片與微控制單元通過I2C總線連接。
[0027]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述雙電源自動(dòng)切換電路包括有第一二極管和第二二極管，所述直流電源的輸出端連接至第一二極管的陽極，所述電池的正極連接至第二二極管的陽極，第一二極管的陰極和第二二極管的陰極均連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端。
[0028]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述雙電源自動(dòng)切換電路還包括有電容，所述電容的一端與第一二極管的陽極連接，所述電容的另一端接地。[0029]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所第一二極管和第二二極管均為IN4148高速開關(guān)
二極管。
[0030]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述時(shí)鐘芯片的型號(hào)為PCF8563。
[0031]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述直流電源為3.3V直流電源。
[0032]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電池為紐扣電池。
[0033]參照圖2，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電源供給部分電路，Jl為封裝為CR1225的紐扣電池，滿負(fù)荷工作時(shí)電壓為3V。DVCC3V3為3.3V直流電源，由9V?12V的電源適配器通過DC-DC降壓芯片轉(zhuǎn)化而來，紐扣電池和3.3V電源之間都接上IN4148高速開關(guān)二極管，根據(jù)1N4148 二極管單向?qū)ǜ綦x特性，當(dāng)MCU由電源適配器供電時(shí)，3.3V直流電源經(jīng)過1N4148 二極管的壓降大于紐扣電池經(jīng)過1N4148 二極管的壓降，紐扣電池與二極管之間將截止，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的電源由適配器供電，紐扣電池將不會(huì)消耗，同理，當(dāng)沒有電源適配器時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片將由紐扣電池供電，從而保證了實(shí)時(shí)時(shí)鐘正常行走。
[0034]參照圖3，RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片接口部分電路，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片選用的是廣泛應(yīng)用的NXP半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的PCF8563，它是一款低功耗CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，提供一個(gè)可編程的時(shí)鐘輸出，一個(gè)中斷輸出和一個(gè)掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)都通過I2C總線接口串行傳遞，最大總線速度為400Kbits/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)遞增，震蕩時(shí)鐘由外接32.768kHz晶體提供。
[0035]參照圖3，MCU和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片通過I2C總線的兩條線SDA和SCL傳遞信息。SDA為串行數(shù)據(jù)，SCL為串行時(shí)鐘線，兩條線必須用一個(gè)上拉電阻與正電源相連，阻值由SCL和SDA上升沿時(shí)間與總線負(fù)載電容相比得到，本設(shè)計(jì)中使用IOk大小的上拉電阻。數(shù)據(jù)只在總線不忙時(shí)才可傳送。產(chǎn)生信息的器件是傳送器，接收信息的器件是接收器，控制信息的器件是主器件，受控制的器件是從器件，本設(shè)計(jì)中MCU作為主器件(主接收/發(fā)送器)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片作為從器件(從接收/發(fā)送器)。在總線空閑時(shí)，數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線保持高電平，數(shù)據(jù)線在下降沿、時(shí)鐘線為高電平時(shí)為起動(dòng)條件(S，START condition)，數(shù)據(jù)線在上升沿、時(shí)鐘線為聞電平時(shí)為停止條件，參照圖4。
[0036]SCL線每個(gè)上升沿時(shí)鐘脈沖傳送一個(gè)數(shù)據(jù)位，SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖高電平時(shí)應(yīng)保持穩(wěn)定，否則SDA線上的數(shù)據(jù)將成為圖4中提到的控制信號(hào)，如圖5為數(shù)據(jù)位傳送圖。
[0037]在起動(dòng)條件(S, START condition)和停止條件(P, STOP condition)之間發(fā)送器發(fā)給接收器的數(shù)據(jù)數(shù)量沒有限制。每個(gè)8位字節(jié)后加一個(gè)應(yīng)答標(biāo)志位，發(fā)送器產(chǎn)生高電平的應(yīng)答標(biāo)志位，這時(shí)主器件產(chǎn)生一個(gè)附加應(yīng)答標(biāo)志時(shí)鐘脈沖。從接收器必須在接收到每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答標(biāo)志位，主接收器也必須在接收從發(fā)送器發(fā)送的每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答標(biāo)志位。在應(yīng)答標(biāo)志位時(shí)鐘脈沖出現(xiàn)時(shí)，SDA線應(yīng)保持低電平(應(yīng)考慮起動(dòng)和保持時(shí)間)。主發(fā)送器應(yīng)在從器件接收最后一個(gè)字節(jié)時(shí)變?yōu)榈碗娖?，使接收器產(chǎn)生應(yīng)答標(biāo)志位，這時(shí)主器件可產(chǎn)生停止條件。
[0038]在arm平臺(tái)(arm9、armll) Iinux嵌入式系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備的操作在底層實(shí)際上是對(duì)硬件的寄存器操作，PCF8563有16個(gè)8位寄存器，一個(gè)可自動(dòng)增量的地址寄存器，所有16個(gè)寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。前兩個(gè)寄存器(內(nèi)部地址00H，01H)用作控制寄存器和狀態(tài)寄存器，地址02H?08H用于時(shí)鐘計(jì)數(shù)器(秒到年計(jì)數(shù)器)，地址09H~OCH用于報(bào)警寄存器(定義報(bào)警條件)，地址ODH用于控制CLKOUT管腳的輸出頻率，地址OHl和(FH分別用作定時(shí)器控制寄存器和定時(shí)器寄存器，本設(shè)計(jì)中只需要讀取以及設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間即要操作地址為02?H08Η的秒到年計(jì)數(shù)器寄存器，讀取實(shí)際的操作步驟為:
[0039](I) MCU控制數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線為高電平，使總線為空閑狀態(tài)，控制數(shù)據(jù)線SDA為下降沿、時(shí)鐘線保持高電平產(chǎn)生起動(dòng)條件。
[0040](2) MCU通過SDA線在SCL上升沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)Α2Η的每一位數(shù)據(jù)，最高位先發(fā)送，并在最后一位發(fā)送完畢后等待PCF8536應(yīng)答標(biāo)志(注:Α2Η表示開始向PCF8563寫數(shù)據(jù))。
[0041](3)MCU通過SDA線在SCL上升沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)02H，02H為秒寄存器地址，并在最后一位發(fā)送完畢后等待PCF8536應(yīng)答標(biāo)志。
[0042](4) MCU通過SDA線在SCL上升沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)A3H的每一位數(shù)據(jù)，最高位先發(fā)送，并在最后一位發(fā)送完畢后等待PCF8536應(yīng)答標(biāo)志(注:A3H表示表示開始從第3步設(shè)置的秒寄存器開始讀數(shù)據(jù))。
[0043](5)在SCL上升沿時(shí)讀取一個(gè)字節(jié)8位數(shù)據(jù)，并向PCF8536發(fā)送應(yīng)答標(biāo)志，所讀取的數(shù)值即為秒寄存器的值。
[0044](6)內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)遞增，重復(fù)第5步繼續(xù)讀取分，時(shí)，日，星期，月，年計(jì)數(shù)器寄存器的值。
[0045](注:以上提到的內(nèi)部地址如“02H”中H表示數(shù)值“02”是十六進(jìn)制數(shù)，十六進(jìn)制逢十六進(jìn)一，十六進(jìn)制(T 9與十進(jìn)制一樣(阿拉伯?dāng)?shù)字(T9)但要表示10則為A，11為B以此類推)
[0046]更新實(shí)時(shí)時(shí)鐘也即寫地址為02H08Η的秒到年計(jì)數(shù)器寄存器即可，步驟如下:
[0047](I) MCU控制數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線為高電平，使總線為空閑狀態(tài)，控制數(shù)據(jù)線SDA為下降沿、時(shí)鐘線保持高電平產(chǎn)生起動(dòng)條件。
[0048](2) MCU通過SDA線在SCL上升沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)A2H的每一位數(shù)據(jù)，最高位先發(fā)送，并在最后一位發(fā)送完畢后等待PCF8536應(yīng)答標(biāo)志(注:A2H表示開始向PCF8563寫數(shù)據(jù))。
[0049](3)MCU通過SDA線在SCL上升沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)02H，02H為秒寄存器地址，并在最后一位發(fā)送完畢后等待PCF8536應(yīng)答標(biāo)志。
[0050](4)在SCL上升沿時(shí)將時(shí)間秒數(shù)的8位數(shù)值，通過SDA線向PCF8536發(fā)送并應(yīng)答標(biāo)
O
[0051](5)由于內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)遞增，重復(fù)第4步繼續(xù)向分，時(shí)，日，星期，月，年計(jì)數(shù)器寄存器寫入要設(shè)置的值完成更新硬件時(shí)鐘。
[0052]以上是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本實(shí)用新型創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:包括有直流電源、電池、雙電源自動(dòng)切換電路、時(shí)鐘芯片和微控制單元，所述直流電源的輸出端連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第一輸入端，所述電池的正極連接至雙電源自動(dòng)切換電路的第二輸入端，所述雙電源自動(dòng)切換電路的輸出端連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端，所述時(shí)鐘芯片與微控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所述時(shí)鐘芯片與微控制單元通過I2C總線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所述雙電源自動(dòng)切換電路包括有第一二極管和第二二極管，所述直流電源的輸出端連接至第一二極管的陽極，所述電池的正極連接至第二二極管的陽極，第一二極管的陰極和第二二極管的陰極均連接至?xí)r鐘芯片的電源輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所述雙電源自動(dòng)切換電路還包括有電容，所述電容的一端與第一二極管的陽極連接，所述電容的另一端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所第一二極管和第二二極管均為IN4148高速開關(guān)二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所述時(shí)鐘芯片的型號(hào)為 PCF8563。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所述直流電源為3.3V直流電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其特征在于:所述電池為紐扣電池。
【文檔編號(hào)】H02J9/06GK203734371SQ201320704422
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】宋志東, 楊建坡, 杜凌, 韋景豹 申請人:奧維通信股份有限公司