实时时钟USB评估系统用户手册解读

在电子设计领域，实时时钟（RTC）器件是实现精确时间记录和管理的关键组件。本文将围绕Intersil实时时钟USB评估系统，为大家详细介绍其相关特性、操作方法以及硬件设计等方面的内容。

文件下载：ISL12008DBEV1Z.pdf

一、支持的RTC器件

Intersil提供了丰富的RTC产品线，该评估系统支持的器件众多，包括带有用户EEPROM的ISL12024、ISL1208等，以及无用户EEPROM的ISL12020M、ISL12008等。不同的器件具备不同的功能特点，如ISL1209/19/21/32包含事件检测功能，除ISL1209外还具备时间戳功能；ISL12022带有片上温度传感器和温度补偿功能；ISL12020M/22M/22MA是带有内部晶体的RTC模块，工厂校准可补偿晶体变化，片上温度传感器能实现自动晶体温度补偿，确保在不同温度下的高精度。大家在设计时，要根据实际需求来选择合适的RTC器件。比如，若需要更高的温度稳定性，ISL12022可能是更好的选择；如果追求简单和集成度，带有内部晶体的模块会更合适。

二、评估系统概述

该评估系统是一个集硬件和软件于一体的测试平台，仅需一台PC即可完成控制和供电功能。它能让用户测试RTC器件的各项功能，评估诸如长期时钟精度等性能指标，还能测试电池和晶体类型等硬件选项。软件安装简单，可对RTC的主要功能进行评估。硬件采用主板和子板的两片式结构，通过更换子板就能轻松评估多种RTC产品。大家在使用这个评估系统时，要充分利用其灵活性，快速验证不同RTC器件的性能。

三、RTC评估板操作与概述

1. 连接

评估板由主板和子板通过J1和J2连接，通过USB与PC上的软件通信，需在PC上安装USB驱动。连接时，先将USB电缆连接到PC，再连接到评估板，连接成功后会听到USB“枚举”音，主板“POWER” LED亮起，表明USB提供+5V电源。这里要注意，连接顺序很重要，如果顺序错误可能会导致设备无法正常工作。

2. 断电操作

主板有备用电源，如超级电容或可选电池，当VDD断电时，RTC可由备用电源供电。若要完全关闭RTC设备，可断开子板与主板的连接，或将主板跳线J4连接到“GND”位置。子板上有0.1µF的VDD去耦电容，在RTC设备停止工作前需完全放电，放电时间在VDD为5V时最长可达1秒。断电时，RTC评估软件无法监控RTC板。

四、软件安装

1. 卸载旧版本

若之前在PC上安装过Intersil RTC评估软件，需先卸载。通过“All Programs > Intersil > RTC_EVAL > RTC_uninstall”运行卸载程序，若卸载后桌面快捷方式未删除，可右键点击删除。同时，要在设备管理器中卸载USB驱动。

2. 下载安装程序

从Web下载合适的安装程序，不同Windows版本对应不同的安装文件名。例如，Windows 2000使用“RTC_EVAL_Installer_w2k_V405.exe”，Windows XP和WIN7使用“RTC_EVAL_Installer_V405.exe”，Windows 8使用“RTC_EVAL_Installer_Win8_V405.exe”。在安装Windows 8的程序前，需先下载并遵循预安装文档“RTC_WIN8_Preinstallation_Procedure_081613.PDF”的步骤。

3. 安装过程

安装过程中，依次点击“Next”，同意许可条件后点击“I accept”，选择安装位置、开始菜单文件夹，创建桌面图标，最后点击“Install”。在“Motherboard Driver Installer”窗口点击“Install”，在弹出窗口中点击“Install the Driver Software Anyway”（Win 7和Win 8），最后点击“OK”和“Finish”。对于非WIN 7和WIN8系统，安装软件后插入USB电缆和主板，硬件安装向导会出现，指定驱动位置为C:/Program Files (x86)/Intersil/RTC_EVAL/USB_Driver（WIN7 & WIN8系统有(x86)），点击“Next”安装驱动，点击“Finish”完成安装。安装完成后，RTC评估软件（RTC13.exe）会安装在相应的路径下。

五、软件使用

1. 启动软件

双击桌面“RTC Evaluation”图标或C:Program FilesIntersilRTC EvalRTC13.exe，GUI界面会显示“Setup”页面，底部显示USB连接状态。

2. 各功能页面介绍

“SETUP” TAB

该页面分为三个部分和一个时间/日期/温度显示部分。左侧显示所选RTC设备及其功能，通过下拉框选择设备，设备选择会影响GUI显示的其他标签。中间左侧部分有五个功能，“VDD Enabled”复选框控制主板的RTC VDD开关，可启用或禁用子板的VDD和I²C上拉电阻；I²C总线速度可从下拉框选择100kHz或400kHz；温度传感器类型可通过两个“radio”按钮选择LM75或LM76，默认值为LM75；可通过“Temperature Calibration”框校准传感器温度值；将“Eval Board Select”下拉框设置为“USB RTC”。中间右侧部分是状态寄存器显示和事件重置部分（仅适用于ISL1208 - ISL1221），相关状态位以灯的形式显示，可通过按钮清除。右侧边栏显示时间、日期和温度信息，“Enable Polling”复选框可使软件每秒自动轮询时间/日期、状态和LM75温度寄存器。但轮询可能会影响用户手动读取状态寄存器，在评估某些设备（如ISL12026）的报警功能时，需禁用轮询。

“SET CLOCK” TAB

该标签有两个部分用于设置RTC的时间/日期。“Time and Date Selection”部分允许用户选择所需的RTC时间、日期和格式，可在“Set Time”框中输入时间，也可使用上下箭头键调整。通过日历部分选择月、日和年。中间部分可将用户选择的数据或PC的当前时间写入RTC。该页面的按钮功能包括：“Write RTC Eval Board from PC Clock”从PC时钟读取时间和日期并写入RTC；“Set RTC Date and Time”将“Time and Date Selection”部分的数据写入RTC；“Get RTC Date and Time”将RTC的当前时间/日期填充到“Time and Date Selection”窗口；“Set PC Time and Date from RTC Eval Board”将RTC的当前时间/日期写入PC时钟，但不建议使用，以免丢失PC当前时间和日期。

“REGISTERS” TAB

该标签可对所选RTC设备的任何寄存器进行读写操作。从下拉框选择寄存器或寄存器组，点击“Page Operation”的“Read”按钮读取寄存器内容。写入寄存器数据有两种方式：一是在“Hex”列输入所需数据的十六进制值；二是逐位在寄存器单元格中输入值。修改寄存器内容后，可点击“Byte Operation”列的“Write”按钮写入单个寄存器，或点击“Page Operation”的“Write”按钮写入多个寄存器。需要注意的是，在修改寄存器位之前，建议先读取寄存器，以避免写入过时数据。同时，其他功能标签下的操作可能会改变RTC的寄存器，需在“Registers”标签下进行读取操作才能显示结果。

“SRAM” OR “EEPROM” TAB

如果RTC有片上通用内存，该标签可让用户访问。部分设备（如ISL12020M/22/22AM/22M/32）的内存是电池备份SRAM，其他设备（如ISL12024 - 29）是EEPROM。可点击显示矩阵中的单元格，点击“Read”按钮查看内容，或输入十六进制数据并点击“Write”按钮修改字节。点击“Read All”按钮可显示所有内存字节内容，点击“Write All”按钮可同时写入所有内存字节，需先选择填充选项。

“GRAPH” TAB

该标签可显示RTC时间与PC参考时钟偏差以及板温度的测量结果。通过下拉框设置垂直轴范围（“Deviation Range”和“Temp Range”）和水平轴范围（“Time Base”）。设置RTC时间与PC时间一致，确保“Enable Polling”框被选中，点击“Restart”按钮开始记录。数据会定期记录，可保存到文件中。对于长时间偏差记录，建议使用自动更新PC时间的程序。

“INTERRUPT”, “FOUT”, AND “FOUT & IRQ” TABS

这些标签可让用户选择FOUT引脚的频率，选择FOUT引脚在电池备份模式下是否激活，部分设备（如ISL1208）可启用报警IRQ输出。点击“Read”按钮确定当前设置状态，修改设置后点击“Write”按钮保存。

“ALARM” TAB

该标签可让用户定义软件报警（由状态寄存器报警位指示）和硬件报警中断（IRQ输出）。点击“Read”按钮确定当前设置状态，修改后点击“Write”按钮。通过下拉框选择报警时间/日期触发条件，“Ignore”选项可忽略某些时间/日期组件。顶部复选框控制报警是否启用以及选择中断模式。“Alarm Status” LED反映状态寄存器报警位状态，“Manual Clear Event”按钮可重置相应状态寄存器报警位。

“EVENT” TAB（仅适用于ISL1209, 1219, 1221, 12032）

如果所选RTC具有事件检测功能，该标签会显示。可控制事件检测参数和事件时间戳功能。左侧控制EV寄存器，顶部复选框启用事件检测功能，启用后激活采样率和滞后下拉框；下部三个复选框控制RTC在事件发生时是否停止计时、事件输入上拉电流源是否启用以及事件检测功能在电池备份模式下是否启用。右侧显示“Event Detect” LED和事件时间戳显示窗口（ISL1209除外）。设置参数并启用事件后，按下评估板上的“Event”按钮可点亮“Event Detect” LED并记录时间戳。

“CRYSTAL COMP” TAB

如果所选RTC具有晶体补偿功能，该标签会显示，可校准晶体公差或补偿晶体温度影响。多数RTC设备的该页面包括精细调整模拟修剪（ATR）设置和粗略调整数字修剪（DTR）设置控制框，部分设备还有电池模式ATR（BMATR）控制框。

“SYSMGMT” TAB

如果所选RTC有特殊系统功能，该标签会显示。例如，可控制ISL12029的可编程I²C总线看门狗超时和可编程低VDD复位阈值功能，或控制ISL12032的AC电源功能。

“DST” TAB

如果所选RTC具有夏令时（DST）功能，该标签会显示。可设置RTC进入DST和返回标准时间的触发时间/日期，“DST Forward Adjust” LED反映状态寄存器DSTADJ位状态。启用DST功能时，设置的触发时间必须至少比当前RTC时间晚一小时。

“TEMPCOMP” TAB

ISL12022、ISL12020M、ISL12022M和ISL12022MA具有片上温度传感器和晶体温度补偿电路，该标签可控制这些功能。点击“Read”按钮确定当前设置状态，修改后点击相应的“Write”按钮保存。ISL12022的“Temp Coefficient & Gain”寄存器可写，其他两个RTC为只读。启用温度传感时，可选择仅在正常VDD操作或VDD和电池备份操作下启用。启用后，点击“Read Mode/Temp”按钮读取RTC温度。

“PWRMGMT” TAB

如果所选RTC具有低VDD和低VBAT监测功能，该标签会显示。可设置LVDD状态位和VBAT的85%（LBAT85）和75%（LBAT75）阈值状态位的触发阈值，显示RTC进入和退出电池备份的时间戳，可通过CLRTS按钮清除时间戳。ISL12032的片上电池涓流充电器控制也在该页面。

六、硬件详细描述

1. RTC USB评估平台总体描述

评估硬件由通用主板和特定于被评估RTC的子板组成。主板包含RTC设备的主要支持功能，如带有USB接口和I²C接口的微控制器、I²C缓冲IC、5V和3.3V电源、USB和子板连接器、RTC备用电源、软件控制的RTC VDD开关以及测试点。子板包含RTC IC、温度传感器和相关组件。

2. 主板功能描述

微控制器

使用Silicon Labs C8051F320微控制器，具有片上EEPROM和专用I²C串行接口，电源直接来自USB接口的VBUS（5V），可生成3.3V电源。P1.0 - P1.4 I/O引脚在子板连接器J2上，但不应连接。J1是微控制器编程连接器，不应使用。

电源供应

主板从USB +5V ±5%电源获取电力，使用时需注意电流不超过500mA。主板可产生3.3V电源，最大输出10mA。RTC芯片的VDD和串行接口上拉电阻的电源可通过J3选择3.3V或5V，也可使用外部VDD电源。

备用电源

有两种RTC备用电源：100µF超级电容和CR1220电池插座。可通过跳线J4选择备用电源，若不需要备用电源，可将J4设置为“GND”。

子板连接器（J2）

J2是10针母连接器，子板插入该连接器，提供电源（VDD、VBAT和GND）和接口信号（SDA、SCL）。

USB连接器（CON1）

标准USB B型连接器，通过USB A - B电缆连接到PC，电缆插入PC后RTC可获得VDD电源，但根据J4位置，RTC可在电缆断开时使用备用电源。

电源/USB活动指示灯

主板上有一个“POWER” LED，当USB电缆提供+5V电源时亮起，PC与主板通信时闪烁。

软件控制的RTC VDD开关

M1作为开关控制VDD是否应用于RTC和I²C上拉电阻。VDD关闭时，RTC可使用备用电源，但此时无法与RTC通信。若需要在电池备份模式下进行I²C通信，可通过子板的“Dev VCC”跳线断开RTC电源。

3. 子板功能描述

子板包含所需的Intersil RTC设备和10针母连接器，与主板连接器匹配。“DEV VCC”跳线为RTC IC提供VDD，可通过插入电流表测量RTC供电电流。多数子板包含32.768kHz、CL = 12.5pF ±10ppm公差的晶体，用户可根据需求更换。RTC输出多为开集电极，子板包含上拉电阻和跳线，可选择是否供电。部分子板有额外跳线，可将上拉电源从VDD切换到VBAT。具有事件检测功能的设备有EVIN输入，连接到按钮开关，模拟事件发生。子板包含温度传感器，用于监测温度，轮询时评估软件会同时轮询温度传感器和RTC时间及状态。

4. ISL12032子板

ISL12032子板功能更复杂。AC输入可使用变压器或单端时钟源，需注意连接方式和信号幅度。事件功能通过S1开关和跳线JP7、JP8控制。指示灯LED用于指示事件、IRQ、AC就绪和低电压检测功能。Fout功能在JP8 - 2，JP3是“DEV VCC”跳线，可用于测量设备电流。

总之，Intersil实时时钟USB评估系统为电子工程师提供了一个全面、灵活的测试平台，可帮助我们深入了解和评估各种RTC器件的性能。在实际应用中，大家要根据具体需求合理选择器件和配置参数，以实现最佳的设计效果。你在使用这个评估系统的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。