深入解析PT7C4311实时时钟模块：特性、功能与应用

引言

在电子设备的设计中，实时时钟（RTC）模块起着至关重要的作用，它能为系统提供精确的时间信息，确保设备按照预定的时间顺序执行任务。今天我们要深入探讨的是Diodes Incorporated推出的PT7C4311实时时钟模块，它具有丰富的功能和优秀的性能，适用于各种对时间精度有要求的应用场景。

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产品概述

PT7C4311是一款低功耗的串行实时时钟/日历模块，具备可编程方波输出功能。它通过2线双向总线（I2C）进行地址和数据的串行传输，能提供秒、分、时、日、日期、月和年等信息，并且能自动调整每月的日期，包括闰年的修正。

产品特性

基本功能

功能	详情
振荡器	采用32.768kHz晶体，可控制振荡器的启用/禁用，并具备振荡器故障检测功能
时间显示	支持12小时和24小时格式，带有世纪位，可控制时间计数链的启用/禁用
可编程方波输出	可输出512Hz的方波
可编程高低电平输出	可设置输出的高低电平
通信接口	支持2线I2C总线
RAM	拥有56×8的RAM
电池备份	具备电池备份功能，确保在主电源断电时时间信息不丢失
时钟校准	可进行时钟校准，提高时钟精度

引脚配置

引脚编号	引脚名称	类型	描述
1	X1	I	振荡器电路输入，与X2之间连接32.768kHz晶体，也可作为外部时钟输入
2	X2	O	振荡器电路输出，与X1之间连接32.768kHz晶体
3	VBAT	P	电池供电电压，当VCC > VSO时，由VCC供电；当VCC < VSO时，由VBAT供电
4	GND	P	接地
5	SDA	I/O	串行数据输入/输出，为2线串行接口的输入/输出引脚，为开漏输出，需外接上拉电阻
6	SCL	I	串行时钟输入，用于同步I2C串行接口上的数据移动
7	FT/OUT	O	频率测试/输出驱动，开漏输出。选择频率测试时输出512Hz，可通过寄存器选择输出直流电平，频率测试优先
8	VCC	P	供电电压，当VCC > VSO时，由VCC供电；当VCC < VSO时，由VBAT供电

电气特性

最大额定值

参数	数值
存储温度	-55°C 至 +125°C
电源电压（Vcc 到 GND）	-0.3V 至 +7.0V
直流输入（除Vcc和GND外的所有输入）	-0.3V 至 +7.0V
直流输出电压	-0.3V 至 +7.0V
功耗	250mW
输出电流	20mA
结温	125°C max

推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
VCC（定时数据和RAM数据维持电压）	1.2	-	5.5	V
定时数据写入电压	1.5	-	5.5	V
定时数据读取电压	1.5	-	5.5	V
RAM数据写入电压	3.0	-	5.5	V
RAM数据读取电压	1.5	-	5.5	V
VIH（输入高电平）	0.7VCC	-	VCC + 0.3	V
VIL（输入低电平）	-0.3	-	0.3VCC	V
TA（工作温度）	-40	-	85	ºC

直流电气特性

在VCC = 1.5 ~ 5.5V，TA = -40°C 至 +85°C的条件下，各项参数表现如下：	参数	引脚	条件	最小值	典型值	最大值	单位
VCC（定时数据和RAM数据维持电压）	VCC	-	1.2	-	5.5	V
定时数据写入电压	VCC	-	1.5	-	5.5	V
定时数据读取电压	VCC	-	1.5	-	5.5	V
RAM数据写入电压	VCC	-	3.0	-	5.5	V
RAM数据读取电压	VCC	-	1.5	-	5.5	V
VBAT	VBAT	-	2.0	3	3.56	V
VSO	-	-	VBAT - 0.80	VBAT - 0.50	VBAT - 0.305	V
ICC	VCC	开关频率 = 400kHz	-	70	150	μA
IST	VCC	SDA, SCL = VCC – 0.3V	-	25	80	μA
IBAT	VBAT	OSC开启，VCC = 0V，VBAT = 3V，TA = 25°C	-	300	800	nA
VIL	-	-	-0.3	-	0.3VCC	V
VIH	-	-	0.7VCC	-	VCC + 0.5	V
VOL	SDA	IOL = 3mA	-	-	0.4	V
上拉电源电压（开漏）	FT/OUT	-	-	-	5.5	V
IIL	SCL	0 < VIN < VCC	-	-	±1	μA
IOZ	SDA	0 < VOUT < VCC	-	-	±1	μA

交流电气特性

参数	值	单位
VHM（上升和下降阈值电压高）	0.8VCC	V
VHL（上升和下降阈值电压低）	0.2VCC	V

在不同工作模式下，I2C总线的各项时间参数如下：	参数	STAND模式（I2C）	FAST模式（I2C）	单位
最小值	最大值	最小值	最大值
fSCL（SCL时钟频率）	-	100	-	400	kHz
tSU;STA（START条件建立时间）	4.7	-	0.6	-	μs
tHD;STA（START条件保持时间）	4.0	-	0.6	-	μs
tSU;DAT（数据建立时间，RTC读写）	250	-	100	-	ns
tHD;DAT（数据保持时间，RTC读写）	0	-	0	0.9	us
tSU;STO（STOP条件建立时间）	4.0	-	0.6	-	μs
tBUF（START和STOP条件之间的总线空闲时间）	4.7	-	1.3	-	μs
tLOW（SCL为低电平时）	4.7	-	1.3	-	μs
tHIGH（SCL为高电平时）	4.0	-	0.6	-	μs
tr（SCL和SDA的上升时间）	-	1.0	20 + 0.1CB	0.3	μs
tf（SCL和SDA的下降时间）	-	0.3	20 + 0.1CB	0.3	μs
CB（每条总线的电容负载）	0	400	0	400	pF

功能描述

时钟功能

CPU可以读写年（后两位）、月、日、星期、时、分、秒等数据。该模块会自动将能被4整除的年份视为闰年，直到2100年。

与CPU的接口

采用2线I2C接口，模块会持续监测VCC的状态。当VCC低于VSO时，设备会终止正在进行的访问，并重置设备地址计数器，以防止系统异常时写入错误数据。当VCC低于VSO时，设备会自动从电池供电切换到VCC供电，并恢复对输入的识别。

振荡器启用/禁用

通过ST位可以同时启用或禁用振荡器和时间计数链。

校准功能

通过正确设置校准位，可将PT7C4311在25°C时的精度提高到优于+2 ppm。

寄存器

寄存器分配

地址（十六进制）	功能	寄存器定义（位7 - 位0）
00	秒（00 - 59）	ST, S40, S20, S10, S8, S4, S2, S1
01	分（00 - 59）	×, M40, M20, M10, M8, M4, M2, M1
02	时（00 - 23）	CEB, CB, H20, H10, H8, H4, H2, H1
03	星期（01 - 07）	×, ×, ×, ×, ×, W4, W2, W1
04	日期（01 - 31）	×, ×, D20, D10, D8, D4, D2, D1
05	月（01 - 12）	×, ×, ×, MO10, MO8, MO4, MO2, MO1
06	年（00 - 99）	Y80, Y40, Y20, Y10, Y8, Y4, Y2, Y1
07	控制	OUT, FT, S, Calibration
08 - 3F	RAM	-

控制和状态寄存器

地址（十六进制）	描述	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
07	控制	OUT	FT	S	Calibration	-	-	-	-
（默认）	1	0	1	未定义	-	-	-	-

OUT位

OUT值	数据	描述
1	设置引脚7为高电平	默认
0	设置引脚7为低电平	-

FT位

FT值	数据	描述
0	禁用引脚7的512Hz输出	默认
1	启用引脚7的512Hz输出	-

S位

S值	数据	描述
1	表示正校准	默认
0	表示负校准	-

校准在64分钟的周期内进行，周期内的前62分钟每分钟可将一秒缩短128个或延长256个振荡器周期。每个校准步骤相当于每125,829,120个实际振荡器周期增加512个或减少256个振荡器周期，即校准寄存器中每个校准步骤对应+4.068或 -2.034 ppm的调整。

时间计数器

时间以BCD码显示，秒从00到59，满60进位到分；分从00到59，满60进位到时；时根据/12、24位的设置，满12或24进位到日和星期。

星期计数器

星期计数器是一个除7计数器，从01到07循环计数。用户可自定义星期值，但必须是连续的。

日历计数器

日期格式为BCD格式，不同月份的日期范围不同，会自动处理闰年的2月。日期满一个月进位到月，月满12进位到年，能被4整除的年份为闰年。

通信

I2C总线接口

概述

I2C总线通过SDA（数据）线和SCL（时钟）线支持双向通信，通过这两条线的组合传输和接收通信的起始/停止信号、数据信号、确认信号等。通信未进行时，SCL和SDA信号都保持高电平。通信的起始和停止由SDA在SCL为高电平时的上升沿或下降沿控制。数据传输时，SDA线上的数据变化在SCL为低电平时进行，接收方在SCL为高电平时捕获数据。I2C总线设备没有普通逻辑设备的片选引脚，而是为每个设备分配从地址，接收设备只有在接收到的从地址与自身匹配时才响应通信。

系统配置

所有连接到I2C总线的端口必须是开漏或开集电极端口，以便多个设备进行“与”连接。SCL和SDA通过上拉电阻连接到VDD线，总线释放（通信未进行）时，SCL和SDA都保持高电平。

通信的起始和停止

• START条件：SCL为高电平时，SDA从高电平变为低电平。
• RESTART条件：在一个START条件和下一个STOP条件之间再次出现START条件，此时SDA同样在SCL为高电平时从高电平变为低电平。
• STOP条件：SCL为高电平时，SDA从低电平变为高电平。

数据传输和确认响应

• 数据传输：START条件发生后，数据以8位（1字节）为单位进行传输，START条件和STOP条件之间的数据传输量没有限制。写和读操作都支持地址自动递增功能。发送方在SCL为低电平时更新SDA线上的数据，接收方在SCL为高电平时捕获数据。
• 数据确认响应（ACK信号）：SCL线上第8位数据对应的时钟脉冲下降沿后，发送方释放SDA线，接收方将SDA线置为低电平（确认）。发送ACK信号后，如果主设备继续作为下一字节的接收方，SDA在SCL线上第9位数据对应的时钟脉冲下降沿释放。当主设备作为接收方时，如果主设备对从设备发送的最后一字节不发送ACK信号，则表示数据传输结束，发送方继续释放SDA并等待主设备的STOP条件。

从地址

I2C总线设备为每个设备分配7位从地址，8位传输时会在7位从地址后添加一个R/W位。读操作的从地址为D1h（11010001），写操作的从地址为D0h（11010000）。

I2C总线的基本传输格式

写操作

S	从地址（7位）	A	地址设置	A	写数据	A	P
开始	从地址 + 写指定	ACK	指定写起始地址	ACK	写数据	ACK	停止

读操作

标准读

S	从地址（7位）写	A	A	Sr	从地址（7位）读	A	数据读取（1）	A	地址自动递增	数据读取（2）	/A	P
开始	从地址 + 写指定	ACK	ACK	重新开始	从地址 + 读指定	ACK	从指定起始地址读取数据，地址自动递增	ACK	设置下一次读取的地址	数据读取	无ACK	停止

简化读

S	从地址 + 读指定	A	数据读取（1）	A	地址自动递增	数据读取（2）	/A	P
开始	从地址 + 读指定	ACK	从内部地址寄存器指向的地址读取数据，地址自动递增	ACK	设置下一次读取的地址	数据读取	无ACK	停止

封装与订购信息

封装

PT7C4311有两种封装形式：

• 8 - SOIC (W)：尺寸参数包括A（最大1.75mm）、A2（1.25mm）、b（0.31 - 0.51mm）等。
• 8 - TDFN (ZE)：尺寸参数如A3（0.20REF）、D（1.92 - 2.08mm）等。

订购信息