深入解析DS1557：功能强大的非易失性计时RAM

在硬件设计领域，一款优秀的计时RAM对于系统的稳定运行和数据存储至关重要。今天，我们就来深入探讨Maxim公司的DS1557，这款4Meg、非易失性、Y2K兼容的计时RAM。

文件下载：DS1557.pdf

一、产品特性

DS1557集成了NV SRAM、实时时钟（RTC）、晶体、掉电控制电路和锂能源等功能，具有诸多显著特性。

1. 时钟寄存器与RAM统一访问：时钟寄存器与静态RAM的访问方式相同，这些寄存器位于16个顶部RAM位置，方便用户操作。
2. 世纪字节寄存器：具备世纪字节寄存器，确保Y2K兼容性，可有效应对跨世纪的时间处理问题。
3. 长期非易失性：在无电源的情况下，能够实现超过10年的完全非易失性运行，保证数据的长期存储。
4. 精确的上电复位：拥有精确的上电复位功能，可有效检测系统电源故障，并将CPU保持在安全复位状态，直到电源恢复正常。
5. 可编程功能：具备可编程的看门狗定时器和RTC闹钟，增强了系统的稳定性和可靠性。
6. 自动闰年补偿：采用BCD编码的年、月、日、时、分、秒数据，并能自动进行闰年补偿，有效时间范围至2100年。
7. 电池电压指示：设有电池电压电平指示标志，方便用户实时了解电池状态。
8. 掉电写保护：支持±10%的VCC电源公差，在电源不稳定时提供数据保护。
9. 锂能源管理：锂能源在首次通电前电气断开，以保持新鲜度，延长电池使用寿命。
10. 宽温度范围：提供工业温度范围（-40°C至+85°C）的产品选项，适用于各种恶劣环境。

二、引脚配置与描述

DS1557的引脚配置清晰，各引脚功能明确，具体如下：

• 地址输入（A0 - A18）：用于指定存储地址。
• 数据输入/输出（DQ0 - DQ7）：实现数据的读写操作。
• 中断/频率测试输出（IRQ/FT）：可用于产生外部中断或进行频率测试，为开漏输出。
• 上电复位输出（RST）：同样为开漏输出，用于检测系统电源故障并进行复位操作。
• 芯片使能（CE）：控制芯片的启用状态。
• 输出使能（OE）：控制数据输出。
• 写使能（WE）：控制数据写入操作。
• 电源输入（VCC）：提供系统电源。
• 接地（GND）：作为电路的参考地。
• 晶体连接（X1, X2）：连接晶体，为时钟提供稳定的振荡源。
• 电池连接（VBAT）：连接内部备用锂电池，在主电源故障时提供备用电源。

三、订购信息

DS1557提供多种型号选择，以满足不同的温度范围和电压要求。具体型号及参数如下：	型号	温度范围	电压（V）	引脚封装	顶部标记
DS1557P - 70+	0°C至+70°C	5.0	34 PowerCap*	DS1557P+70
DS1557P - 70IND+	-40°C至+85°C	5.0	34 PowerCap*	DS1557P+70 IND
DS1557WP - 120+	0°C至+70°C	3.3	34 PowerCap*	DS1557WP+120
DS1557WP - 120IND+	-40°C至+85°C	3.3	34 PowerCap*	DS1557WP+120 IND

注：“+”表示无铅/符合RoHS标准的封装；*DS9034PCX+或DS9034I - PCX+（PowerCap）为必需配件，需单独订购；顶部标记中的“IND”表示工业温度等级设备。

四、工作模式

1. 数据读取模式

当片选信号（(overline{CE})）为低电平且写使能信号（(overline{WE})）为高电平时，DS1557进入读取模式。在最后一个地址输入稳定后的(t{AA})时间内，若(overline{CE})和(overline{OE})的访问时间满足要求，DQ引脚将输出有效数据。若访问时间不满足要求，则在芯片使能访问时间（(t{CEA})）或输出使能访问时间（(t_{OEA})）较晚者之后输出有效数据。

2. 数据写入模式

当(overline{WE})和(overline{CE})均处于有效状态时，DS1557进入写入模式。写入操作从(overline{WE})或(overline{CE})较晚发生的转换开始，地址在整个周期内必须保持有效。在开始下一个读写周期之前，(overline{CE})和(overline{WE})必须至少保持(t{WR})的无效状态。数据输入必须在写入结束前(t{DS})时间内有效，并在之后保持(t_{DH})时间的有效性。

3. 数据保留模式

对于5V设备，只有当(V{CC})大于(V{PF})（写保护点）时，设备才能进行完全访问和数据读写。当(V{CC})低于(V{PF})时，内部时钟寄存器和SRAM将被锁定，禁止任何访问。当(V{CC})低于电池切换点(V{SO})时，设备电源将从(V{CC})引脚切换到内部备用锂电池，以维持RTC运行和SRAM数据。 对于3.3V设备，同样只有当(V{CC})大于(V{PF})时才能进行完全访问和数据读写。当(V{CC})低于(V{PF})时，设备访问被禁止。若(V{PF})小于(V{SO})，当(V{CC})低于(V{PF})时，设备电源切换到内部备用锂电池；若(V{PF})大于(V{SO})，则当(V{CC})低于(V_{SO})时进行电源切换。

五、时钟操作

1. 时钟振荡器控制

时钟振荡器可随时停止。为延长备用锂电池的使用寿命，可将振荡器关闭以减少电池电流消耗。通过设置秒寄存器（7FFF9h的B7位）的(overline{OSC})位来控制振荡器的启停，设置为1停止振荡器，设置为0启动振荡器。DS1557出厂时，时钟振荡器处于关闭状态，(overline{OSC})位设置为1。

2. 读取时钟

读取RTC数据时，建议暂停外部双缓冲RTC寄存器的更新，使外部寄存器处于静态状态，以确保在读取过程中寄存器值不会发生变化。通过将控制寄存器（7FFF8h的B6位）的读取位设置为1来暂停更新，设置为0且保持至少500μs后，外部寄存器将在1秒内恢复正常更新。

3. 设置时钟

控制寄存器的最高位（B7）为写入位。将写入位设置为1可暂停DS1557寄存器的更新，然后以24小时BCD格式加载所需的RTC计数（日、日期和时间）。将写入位设置为0后，写入的值将传输到内部RTC寄存器，设备恢复正常运行。

4. 时钟精度

DS1557和DS9034PCX均经过单独的精度测试。安装在一起后，模块通常在25°C时每月的时间精度可控制在±1.53分钟（35 ppm）以内，无需额外校准。为确保时钟精度，应将RTC放置在PCB布局中电磁干扰最低的区域。

5. 频率测试模式

DS1557的频率测试模式使用开漏IRQ/FT输出。当振荡器运行、FT位为1、闹钟标志使能位（AE）为0、看门狗控制位（WDS）为1或看门狗寄存器复位（寄存器7FFF7h = 00h）时，IRQ/FT输出将以512 Hz的频率切换。该输出可用于测量32.768kHz RTC振荡器的实际频率，IRQ/FT引脚为开漏输出，需要上拉电阻才能正常工作。FT位在上电时清零。

六、时钟闹钟和看门狗定时器

1. 时钟闹钟

闹钟设置和控制位于寄存器7FFF2h - 7FFF5h中，寄存器7FFF6h包含两个闹钟使能位：闹钟使能（AE）和备用模式闹钟使能（ABE）。只有当AE和ABE位按要求设置时，IRQ/FT输出才会在闹钟匹配条件下被激活。闹钟可设置为在特定日期或每天、每小时、每分钟、每秒重复触发，也可在电池备份模式下触发以唤醒系统。闹钟掩码位AM1 - AM4控制闹钟模式，具体设置如下：	AM4	AM3	AM2	AM1	闹钟速率
1	1	1	1	每秒一次
1	1	1	0	秒匹配时
1	1	0	0	分和秒匹配时
1	0	0	0	时、分和秒匹配时
0	0	0	0	日期、时、分和秒匹配时

当RTC寄存器值与闹钟寄存器设置匹配时，闹钟标志位（AF）设置为1。若闹钟标志使能（AE）也设置为1，则闹钟条件将激活IRQ/FT引脚。通过对标志寄存器（地址7FFF0h）进行读写操作可清除IRQ/FT信号。

2. 看门狗定时器

看门狗定时器可用于检测失控的处理器。用户通过设置8位看门狗寄存器（地址7FFF7h）中的超时时间来编程看门狗定时器。看门狗寄存器的5位（BMB4 - BMB0）存储二进制乘数，2位（RB1 - RB0）选择分辨率，不同分辨率对应不同的时间单位（00 = 1/16秒，01 = 1/4秒，10 = 1秒，11 = 4秒）。看门狗超时值由5位乘数与2位分辨率值相乘确定。若处理器在指定时间内未重置定时器，看门狗标志（WF）将被设置，并产生处理器中断，直到WF被读取或看门狗寄存器被读写。 看门狗寄存器的最高位是看门狗控制位（WDS）。当WDS设置为0时，看门狗超时将激活IRQ/FT输出；当WDS设置为1时，看门狗将在RST输出上输出一个持续40 ms至200 ms的负脉冲。当WDS位设置为1时，看门狗超时结束时，看门狗寄存器（7FFF7h）和FT位将复位为0。通过对看门狗寄存器进行读写操作可重置看门狗定时器，将00h写入看门狗寄存器可禁用看门狗定时器。看门狗功能在上电时自动禁用，看门狗寄存器清零。若看门狗功能设置为输出到IRQ/FT输出，且频率测试功能被激活，则看门狗功能优先，频率测试功能将被禁用。

七、电气特性

1. 绝对最大额定值

• 任何引脚相对于地的电压范围：-0.3V至+6.0V
• 焊接温度（回流焊）：+260°C

2. 工作范围

• 温度范围：0°C至+70°C或 -40°C至+85°C
• 电源电压：3.3V ± 10% 或 5V ± 10%

3. 推荐直流工作条件

不同电源电压下，逻辑1和逻辑0的输入电压范围有所不同，具体参数见文档表格。

4. 直流电气特性

分别列出了5V和3.3V电源电压下的各项电气参数，如有源电源电流、待机电流、输入输出泄漏电流、输出逻辑电压、写保护电压和电池切换电压等。

5. 交流特性

包括读取周期和写入周期的各项时间参数，如读取周期时间、地址访问时间、CE和OE相关的时间参数等。

6. 电源上下电特性

分别给出了5V和3.3V设备的电源上下电时间参数，如CE或WE在电源下降前处于VIH的时间、VCC下降和上升时间、VPF到RST高电平的时间以及预期的数据保留时间等。

7. 电容特性

在25°C时，所有输入引脚的电容为14 pF，IRQ/FT、RST和DQ引脚的电容为10 pF。

八、总结

DS1557是一款功能强大、性能稳定的非易失性计时RAM，具备多种实用功能和良好的电气特性。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的型号，并合理利用其时钟、闹钟、看门狗等功能，以提高系统的可靠性和稳定性。同时，在设计过程中，需要注意电源管理、时钟精度和引脚配置等方面的问题，确保设备的正常运行。你在使用DS1557或类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。