Real Time Clock USB评估板使用指南

在电子设计领域，实时时钟（RTC）设备的性能评估至关重要。Real Time Clock USB评估板为测试ISL1208和ISL1209 RTC设备提供了一个理想的平台。下面将详细介绍该评估板的使用方法、硬件和软件的详细信息，以及常见问题的解决办法。

文件下载：ISL1208DBEV1Z.pdf

评估板概述

这个评估板主要用于测试ISL1208和ISL1209实时时钟（RTC）设备。这些设备具备晶体振荡器、时钟和日期计数器以及闹钟等功能，其中ISL1209还拥有事件检测功能，可记录事件发生的时间。评估板不仅能测试这些功能，还能评估设备的性能指标，如长期时钟精度，同时也能对电池和晶体类型等硬件选项进行测试。其软件设计方便对设备主要功能进行设置和监控，采用主板和子卡的两片式结构，可使评估板和软件操作远程板上的RTC设备。

操作步骤

连接与供电

评估板由主板和子卡组成，需将它们连接在一起。评估板使用FTDI的硬件和软件进行USB通信，因此每台与RTC评估板通信的PC都必须安装相应的驱动程序。使用带有A和B型连接器的USB电缆将评估板连接到PC，先连接PC，再连接评估板，连接成功后，LED1会亮起，表示USB电缆提供了+5V电源。

关闭电源

子卡包含由电池或超级电容组成的备用电源。当关闭电源时，子卡将依靠JP2确定的备用电源工作（在VCC电压从VCC电源电容放电后）。如果用户希望在移除VCC后完全关闭RTC设备，可以从主板上移除子卡或将JP2设置为GND。需注意子卡上有一个0.1µF的去耦电容，在RTC设备停止工作前，该电容必须完全放电，使用5V的VCC时，放电时间最长可达1秒。另外，关闭电源后，RTC软件无法监控RTC板。

安装RTC软件和USB驱动

将Intersil RTC_USB CDROM插入PC，打开“Install USB”文件夹，再打开“FTDI.zip”文件，将文件提取到主硬盘的单独文件夹中。在“Install USB”文件夹中有一个名为“Windows Drivers Installation Guide”的pdf文件，打开该文件并按照FTDI 232设备的说明操作（需将RTC_USB评估板连接到PC的USB端口，系统会提示安装USB硬件和软件驱动）。USB操作需要同时安装硬件和软件驱动，建议按照FTDI安装指南依次进行。

加载USB驱动后，在CD上找到名为“Intersil 12xx_2.exe”的RTC程序，该程序可放在PC的任何位置，也可直接从CD运行。双击执行程序，启动后可能会出现错误窗口，提示某个COM端口不可用，点击“OK”关闭窗口，随后可能会出现超时错误，也点击“OK”关闭。在Intersil RTC Data Analyzer主窗口中，点击“Setup”下拉菜单，选择“Autodetect”，程序将搜索每个COM端口，找到与评估板上USB设备连接的端口。出现“COM Auto Detect”小窗口，监控轮询过程，检测到正确的COM端口后，窗口会显示并关闭。若想查看使用的COM端口，再次点击“Setup”下拉菜单即可。如果未检测到COM端口，需确保评估板通过USB电缆连接到PC，且板上跳线位置正确；若仍未检测到，可查看文档末尾的故障排除部分。若提前知道COM端口号，可通过设置菜单手动选择，之后软件即可正常使用。

软件时间/日期操作

打开RTC程序后，将看到RTC数据分析屏幕。RTC设备需要首次向时钟/日历寄存器写入数据才能开始计时。点击菜单栏中的时钟图标，打开“Set RTC date and time”窗口，设置当前时间的最简单方法是点击“Set date and time from PC clock”按钮，也可使用日历和时间窗口手动输入时间和日期，并选择12小时或24小时的时间格式。设置完成后，点击“Done”返回RTC数据分析窗口。

接着点击“Poll RTC”按钮，PC时间、RTC时间和RTC偏差窗口将不断更新相应信息，这是RTC操作/监控的正常模式。若RTC时间未能更新或设置不正确，可按以下故障排除步骤操作：

• RTC时间停留在12:00:00且不前进：可能是最初未正确向RTC寄存器写入时间，返回“Set RTC Time and Date”窗口重新设置时间，并检查USB电缆连接和子卡连接是否正确。
• RTC时间显示波动大、不一致且前进不正常：很可能是在软件启动后才插入评估板，导致出现问题。退出软件程序（File>Exit或点击右上角的X），重新打开程序，程序应能检测到评估板并正常运行。

由于PC通信存在延迟，程序轮询RTC并更新时间时，RTC时间和PC时间会有差异，通常为+1或 -1秒的恒定差异，窗口会交替显示零和一秒的误差。随着RTC或PC时钟漂移，RTC时间窗口会改变颜色，若RTC时间比PC时间快，窗口会变红，误差增大时颜色从浅红变为深红；若RTC时间比PC时间慢，窗口会变蓝，误差增大时颜色从浅蓝变为深蓝。轮询过程中，子卡温度每秒更新一次，ATR寄存器也会显示，但除非启用温度补偿功能，否则可能不会改变。再次点击轮询按钮可关闭轮询，RTC设备仍会继续计时，再次打开轮询时，将显示RTC当前时间。

修改RTC寄存器

使用菜单栏中的快捷键（一组1和0）打开RTC寄存器屏幕，通过左侧的下拉菜单可访问RTC寄存器。利用这些寄存器可启用、修改或监控RTC设备的功能，包括频率输出、闹钟设置、模拟微调寄存器（ATR）、数字微调寄存器（DTR）和事件检测（仅ISL1209）。时钟/日历寄存器也可访问，但使用时钟/日历窗口修改更方便。找到正确的寄存器后，字节会在水平窗口中显示，并显示其十六进制值。点击某个位置可更改单个位，白色背景表示零，黄色背景表示一。设置字节值后，点击“Write”将字节写入非易失性存储器，点击“Read”可读取寄存器值。

使用RTC偏差/温度记录器

该程序能够记录RTC与PC时钟的偏差以及板温度的连续时间测量值，并绘制结果图表。记录时间范围从几分钟到数天不等。在RTC数据分析屏幕上，首先从右下角的下拉窗口中选择偏差范围，还可根据需要从下拉窗口中设置温度范围和时间基准。按照上述方法（见软件时间/日期操作部分）从PC时间设置RTC时间，确保PC时间接近RTC时间后开始记录。从“Record Data”下拉菜单中选择“Start”（或点击菜单栏中的右箭头）开始记录，数据将定期记录，直到所选时间框架结束或选择停止功能。注意，在绘制图表记录器之前，会记录多个样本并取平均值。RTC数据分析屏幕底部的窗口会显示记录器的状态，这些窗口会不断更新数据记录信息。记录的数据可保存到文件，也可从保存的数据文件中导入。对于长时间的偏差记录，建议使用能自动更新PC时间的PC程序，如NIST提供的程序（http://www.boulder.nist.gov/timefreq/service/its.htm）。

温度补偿

通过温度补偿设置窗口可实现对晶体频率随温度变化的补偿。点击菜单栏中的温度计图标打开该窗口，有从0°C到60°C的六个不同温度控制范围可供选择，上下滑动控制条可更改特定范围的设置。点击“Write”按钮保存设置，点击“Temperature Compensation Enabled”按钮开始使用温度补偿。注意，使用数据记录器时，温度补偿会自动启用。

偏差统计

点击菜单栏中的钟形曲线图标，可查看当前图表记录器数据的时间和温度统计信息。

子卡开/关控制

菜单栏中的常开开关图标用于控制是否向子卡施加VCC电源。点击一次图标可关闭VCC电源，图标会从黑色变为灰色；再次点击图标可重新施加VCC电源，图标会变回黑色。注意，关闭VCC电源后，RTC设备将依靠主板上JP2选择的备用电源工作，在备用模式下无法与设备通信。

事件检测软件

点击菜单栏中的按钮开关图标可打开事件检测窗口，按钮功能定义如下：

• ENABLE EVENT MODE：启用事件检测功能（将EVEN位设置为“1”），并将其置于标准模式，启用输入去抖（ESYSx设置为01）和采样（ESMPx设置为01），事件寄存器设置为二进制00010101。软件每秒轮询一次状态寄存器以测试EVT位，若EVT位设置为“1”，软件将读取并显示事件发生的时间。
• DISABLE EVENT MODE：禁用事件模式，将EVEN、EVENx和ESMPx位重置为“0”，并停止轮询事件寄存器。
• CLEAR EVENT：将EVT位重置为“0”，当EVT位设置为1时，事件输入将忽略事件输入引脚上的任何活动。
• CLEAR EVENT LOG：清除窗口中所有记录的事件时间显示，即使关闭窗口，事件列表仍会保留，直到选择“Clear Event Log”按钮。

硬件和软件详细说明

USB RTC评估板 - 总体描述

评估板由主板和子卡组成。主板包含RTC设备的所有主要支持功能，包括与PC和RTC进行串行通信的微控制器、将PC USB接口转换为微控制器串行端口接口的USB接口IC、将5V板电源转换为3.3V的稳压器、USB接口和子卡的连接器、用于备用电源的0.22F超级电容和3V CR2032锂电池、用于选择备用电池或超级电容以及VCC电压（5V或3.3V）的跳线、用于断开子卡VCC电源以进行备用测试的MOSFET开关，以及用于存储温度数据的EEPROM和微处理器复位（X40411）。子卡包含Intersil RTC设备、晶体、温度传感器IC、去耦电容和用于开漏输出的上拉电阻。

评估板 - 功能描述

• 电源供应：主板从USB +5V ±5%电源获取电力。若评估板用于为其他电路供电，需确保该电源的电流消耗远低于500mA（USB集线器型设备的最大电流）。板上有一个稳压器（ICL7663，U2）可产生3.3V电压。Intersil RTC芯片的VCC以及串行接口上拉电阻可通过JP1选择3.3V或5V。可通过将测试线夹在JP1分流器上获取VCC电源，若使用外部VCC电源，应将其连接到JP1的中心引脚（移除分流器），J3处有接地连接。
• 备用电源：有两种备用电源可供选择。板上有一个0.22µF的超级电容（C10），当VCC设置为5V时，它可为典型的RTC芯片提供数天的备用电源。还有一个CR2032电池安装在插座中，可在不焊接的情况下进行拆卸/更换，该电池在正常备用操作下可使用长达十年。备用电源可通过跳线JP2选择，如图3所示，JP2的一排连接到设备的VBACK，另一排连接到电源。JP2有三个位置可供选择：超级电容、电池和接地。若不使用备用电源，应选择接地位置。也可完全移除跳线，通过暴露的插头将替代的VBACK电源连接到板上。
• 微控制器：使用的微控制器是PIC16C63A，它有一个专用的串行接口连接到FDTI USB设备，还有一个专用的I²C串行接口连接到Intersil RTC设备、EEPROM和温度传感器。微控制器的电源来自USB 5V输入，因此始终使用5V电源。注意，微控制器的RB1到RB4 I/O引脚可在子卡连接器J3处使用，这是为了识别RTC子卡，从而启用特定设备系列的功能。该设备采用插座式设计，便于在开发活动和软件升级时进行移除或更换。
• 子卡连接器（J3）：该连接器为包含Intersil RTC设备的子卡提供电源和接口信号，具体引脚定义如下：
  • 引脚1：VCC
  • 引脚2：RB4
  • 引脚3：RB3
  • 引脚4：RB2
  • 引脚5：RB1
  • 引脚6：RB0或事件输入
  • 引脚7：SDA
  • 引脚8：SCL
  • 引脚9：VBAT
  • 引脚10：GND
  • 这种配置允许这些信号控制Intersil设备。
• USB连接器（CN1）：这是一个标准的USB B型连接器，通过USB A - B电缆连接到PC的USB端口。
• LED指示灯：板上有三个表面贴装LED。LED2和LED3监控串行端口的TX和RX功能，应观察它们以确保与串行端口的通信正常进行。LED1监控电源供应，当USB电缆提供+5V电源时会亮起。

ISL1208子卡 - 功能描述

ISL1208子卡包含ISL1208设备、晶体、去耦电容、温度传感器和一个用于监控开漏输出的LED（D1）。

• 电源：跳线JP1连接到ISL1208设备的VCC引脚，必须安装分流器才能使设备正常工作。
• 开漏输出：ISL1208的开漏输出是IRQ - F OUT信号。有一个跳线（JP2），安装分流器时可连接D1，若需要使用逻辑信号，还可连接外部上拉电阻。上拉电阻应连接到小于或等于VCC的电压。
• 晶体：子卡上提供一个标准的32.768kHz表面贴装晶体。若要使用通孔设备，需在移除表面贴装设备后进行表面安装引脚。
• 温度传感器：板上有一个LM76温度传感器，可测量环境温度，将其数字化，并在需要时提供给微控制器。若将子卡放置在温度室中并连接到主板，可实现远程温度传感。
• 测量：可通过在JP1上串联一个电流表来监控VCC电源电流。D1可直观显示IRQ - F OUT状态，在低频时可指示Fout已启用。在较高的Fout频率下，可使用示波器监控引脚，这有助于监控晶体频率，最高可达32kHz。可使用示波器探头探测X2振荡器输出，但不建议这样做，因为这可能会改变振荡器频率或使其暂时停止，若必须监控振荡器输出，应使用低电容探头（<2 pF）或有源探头，并注意监控到的绝对频率会高于无探头时的频率。

ISL1209子卡 - 功能描述

ISL1209子卡包含ISL1209设备、晶体、去耦电容、温度传感器和一个用于监控开漏输出的LED（D1），与ISL1208子卡类似。此外，还有一个微动开关S1和一个用于事件检测功能的连接块J3，以及另一个用于事件监控的LED（D2）。该子卡的主要功能与ISL1208相似，以下是重要的区别：

• 事件检测开关S1：这是一个常闭开关，通常连接到接地。为此，应在J3上从EVT到GND位置安装一个分流器。在启用事件检测软件的情况下按下开关，将记录一个事件。
• 事件检测输出：事件检测输出为开漏输出，可通过在JP3上安装分流器连接到LED D2。启用该输出后，事件发生时LED将亮起。
• 事件连接块J3：J3包含将远程事件生成电路连接到评估板所需的所有信号，包括VCC、VBAT、EVIN设备输入（标记为EVI）、接地和一个高值下拉电阻。第6个位置未使用。默认连接是在EVI和GND端子之间放置一个分流器。注意，若使用VCC为远程电路供电，电流应限制在小于50mA，以防止对电源开关、分流器和板迹线造成负载。VBAT连接同样应限制在小于10mA，以保持合理的电池寿命。
• 事件输入J2：可作为事件检测的单独输入。若J3上的连接保持断开，可在J2两端连接一个常闭开关进行事件检测。引脚1（方形焊盘）为输入，另一个引脚为接地。

故障排除

硬件故障排除

• 设备不响应软件命令：检查主板上JP1的VCC选择分流器，确保其安装正确，选择5V或3.3V的VCC。检查子卡上JP1的分流器，确保其已安装或已连接电流表。
• 设备在备用模式下丢失时间或重置为零时间：检查JP2上的分流器，确保其设置为超级电容或电池。若使用电池备用电源，检查BT1插座中是否安装了电池。
• 插入USB电缆时电源LED不亮：这可能是由于旧PC的USB +5V电源不足或电源故障导致的，可尝试在另一台PC上使用评估板。
• 使用FREQ输出LED且VCC = 3.3V时软件读取时间不正确：在这种模式下，VCC线上可能会有足够的噪声，导致与微控制器的通信出现问题。若在VCC = 3.3V时进行FREQ输出测试，可能需要在进行其他测试时禁用FREQ输出，或在子卡的JP2上连接一个值大于10kΩ的外部上拉电阻。
• ISL12