ETC SD2003A

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高精度实时时钟芯片－SD2003A (Ver1.0)
内置晶振、I2C 总线接口、定时中断输出 、高精度、免调校
SD2003A 是一种具有内置晶振、支持 I2C 总线接口的高精度实时时钟芯片。该系列芯片可保证时钟精度
为±4ppm(在 25±1℃下)，即年误差小于 2 分钟；该系列芯片可满足对实时时钟芯片的各种需要，有工业
级产品可供选择，是在选用高精度实时时钟时的理想选择。
主要性能特点：
低功耗：典型值 1.0μA（VDD=3.5V）。
工作电压：1.7～5.5V，工作温度：民用级 0℃～70℃，工业级－40℃～85℃。
年、月、日、星期、时、分、秒的 BCD 码输入/输出。
自动日历到 2099 年（包括闰年自动换算功能）。
可设定的两路闹钟（定时）及 32768Hz～1Hz 的方波信号输出。
内置电源掉电检测电路。
内置晶振，出厂前已对时钟进行校准，保证精度±4ppm，即时钟年误差小于 2 分钟(在 25±1℃下)。
封装形式:DIP8 八脚封装,SD2003AP 为民用级，SD2003API 为工业级。
管脚设置
图 1 SD2003A 管脚图
表 1 管脚说明
管脚
名称
1
INT1
功能
特征
报警中断1输出脚，根据中断寄存器与状态寄存器来 N-沟道开路输出（与VDD端之间无保
设置其工作的模式，当定时时间到达时输出低电平或 护二极管）
时钟信号。它可通过重写状态寄存器来禁止
没有与芯片内部连接
悬空或接地
2,3
NC
4
GND
负电源（GND）
5
INT2
报警中断2输出脚，根据中断寄存器与状态寄存器来 N-沟道开路输出（与VDD端之间无保
设置其工作的模式，当定时时间到达时输出低电平或 护二极管
时钟信号。它可通过重写状态寄存器来禁止
6
SCL
串行时钟输入脚，
由于在SCL上升/下降沿处理信号， CMOS输入（与VDD间无保护二极管
要特别注意SCL 信号的上升/下降升降时间，应严格
遵守说明书。
7
SDA
串行数据输入/输出脚，此管脚通常用一电阻上
N沟道开路输出（与VDD间无保护二
拉至 VDD，并与其它漏极开路或集电器开路输
极管）CMOS输入
出的器件通过线与方式连接.
8
VDD
正电源
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原理框图
SD2003A
VDD
低压检测电路
稳压电路
振荡电路
实时时钟电路
（年/月/日/星
期/时/分/秒)
SCL
MCU
SDA
32
ｚ
Ｈ
Ｋ
８
６
７
．
GND
定时中断1
定时中断2
INT1
INT2
图 2 SD2003A 功能框图
注：以上各图中 SDA，INT1，INT2 对 VDD 上拉电阻均未标出，实际应用中要加上。
实时时钟电路
1．串行接口
SD2003A 通过基于I2C 总线的串行接口方式去接收各种命令并读写数据。I2C 总线传输方式描述如下：
（1）开始条件
当 SCL 处于高电平时，SDA 由高电平变成低电平时构成一个开始条件，对 SD2003A 的所有操作均
必须由开始条件开始。
（2）停止条件
当 SCL 处于高电平，SDA 由低电平变成高电平构成一个停止条件，此条件发生时对 SD2003A 的的
所有操作均停止。
图 3 实时时钟的串行接口
（3）数据传输
当 SCL 为低电平，且 SDA 线电平变化时，则数据由 CPU 传输给 SD2003A；当 SCL 为
高电平，且 SDA 线不变时，则 CPU 读取 SD2003A 发送来的数据；当 SCL 为高电平，且 SDA
电平变化时，SD2003A 收到一个开始或停止条件。
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图 4 实时时钟数据传输时序
(4) 确认
数据传输以 8 位序列进行。SD2003A 在第九个时钟周期时将 SDA 置位为低电平，即送出
一个确认信号（Acknowledge bit,以下简称“ACK”），表明数据已经被其收到。
SCL（CPU）
SDA（CPU）
SDA（SD2003A）
图 5 实时时钟确认信号
2. 操作指令：当 CPU 发出开始条件与实时时钟部分建立连接后，CPU 通过 SDA 总线连续输
出 4 位器件地址，3 位操作指令和 1 位读/写指令。
（1）
器件代码：
其中高四位称“器件代码”，它代表实时时钟部分的器件地址，固定为“0110”。
表 2 实时时钟器件代码
（2）由三位操作指令共构成对实时时钟部分操作的八条指令：
表 3 实时时钟指令表
C2
C1
C0
0
0
0
操作
ACK 数目
复位（00（年），01（月），01（天），0（星期）00（分），
1
00（秒）（*1）
0
0
1
状态寄存器存取
2
0
1
0
实时数据读写方式 1（从年数据开始）
8
0
1
1
实时数据读写方式 2（从小时数据开始）
4
1
0
0
报警中断/频率设置 1（INT1 脚）
3
1
0
1
报警中断/频率设置 2（INT2 脚）
3
1
1
0
测试模式开始（*2）
1
1
1
1
测试模式结束（*2）
1
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注意：（*1）使用该命令时，可以不管 R/W 位的值。
（*2）这是一条供 IC 测试的特殊用途指令，一般不用。
（3）一位读/写指令 R/W 指明对实时时钟部分进行何种操作(读或写)。
表 4 实时时钟操作模式
操作
器件代码
操作指令
R/W
读
0110
如指令表
1
写
0110
如指令表
0
3. 寄存器
实时时钟部分共包括四个寄存器：实时数据寄存器，状态寄存器，两组报警时间/频率
设置寄存器。
(1) 实时数据寄存器
实时数据寄存器是一个 56 位的存储器，它以 BCD 码方式存贮，包括年、月、日、
星期、时、分、秒的数据。实时数据的读/写操作都通过发送或接收年(实时数据读写方式
1)或小时(实时数据读写方式 2)数据的第一位“LSB”开始执行的。
年数据（00~99）：设置最后两位数字
（00~99），通过自动日历功能计至 2099
年。
月数据（01~12）每月包含天数通过自
动日历功能来更改。
1,3,5,7,8,10,12: 1~31
4,6,9,11: 1~30
2(闰年)：1~29
2（普通）：1~28
日数据（01~31）
星期数据（00~06）：七进制计数器， 00
对应星期天,01 对应星期一,依次类推.
小时数据（00~23 或 00~11） 12 小时
进制 0：AM，1:PM
对于 24
小时进制，这一位没有意义但芯片内部
必须将其设置为“0”或”1”
分数据（00~59）
秒数据（00~59）与测试标志
TEST 位:在测试模式变为”1”
图 6 实时时钟实时数据寄存器
特别注意:在 24 小时制式下,读取实时数据时一定要屏蔽小时的最高位(MSB)至 0.
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（2）
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状态寄存器
状态寄存器是一个 8 位寄存器，它允许你用来显示和设置不同的模式，其中“Power”
是只读位，其它均可读/写。
图 7 实时时钟状态寄存器
B7
Power 在上电时或在电源电压改变时（小于 VDET），电源电压检测电路工作，此位置为”1”。该
位一旦置为 “1”，即使电源电压达到或超过检测电压，此位也不会变为“0”，而必须通过操作指
令中的复位命令才能使之复“0”。本标志位为只读位。
B6
12/24：本标志用于设置 12 小时制或 24 小时制：
0：
（12 小时制）
；
1：
（24 小时制）
B5
INT2AE：此位用于设置从 INT1 脚（或 INT2 脚）输出的报警中断的状态。通过 INT1
INT1AE；B4
（INT2）寄存器来设置报警时间。
0：报警中断输出禁止；
1：报警中断输出允许。
B3
INT1ME；B2
INT2ME：此位用于设置从 INT1 脚（或 INT2 脚）的输出为每分钟边沿中断或每分
钟固定中断。如设为每分钟固定中断输出，需将 INT1ME 和 INT1FE（或 INT2ME 和 INT2FE）均
置为 1。
0：报警中断或可选频率的固定中断输出；
1：每分钟边沿中断或每分钟固定中断输出
B1 INT1FE；B0 INT2FE：此位用于设定 INT1 脚（或 INT2 脚）的输出为每分钟固定中断（周期一分钟，
占空比 50%）或可选频率的固定中断。如果可选频率的固定中断输出被允许时，INT1 寄存器（或 INT2
寄存器）是用来存放频率数据的寄存器。
0：报警中断或每分钟边沿中断输出；
1：每分钟固定中断输出或可选频率的固定中断输出
（3）两组报警时间/可选频率设置寄存器
有两组 16 位报警时间/可选频率设置寄存器，用于设置报警时间或可选频率，它们由
INTxAE 与 INTxFE 控制。其中寄存器上的 AM/PM 标志位必须同 12 小时制或 24 小时制
相对应，否则设定的小时数将与报警数据不匹配。该寄存器为只写寄存器。
A.
INTxAE=1 时,
INT1 和 INT2 寄存器用来存放报警时间数据,其格式用 BCD 码代表小时与分钟,与实时
数据寄存器中的小时和分钟寄存器设置相同。同样,数据设置必须与在状态寄存器中的 12
小时制或 24 小时制一致,不要设置任何不存在的时间。
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图 8 实时时钟 INT1 和 INT2 寄存器为报警时间数据
B.
INTxFE=1 时,
INT1 与 INT2 寄存器用来存放频率数据，如对相应位置“1”，则对应频率以“与”的方
式输出。
图 9 实时时钟 INT1 和 INT2 寄存器频率数据
图 10 可选频率输出
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（4）测试标志位
测试标志位是一个一位长的寄存器，它分配在实时数据寄存器中秒数据的 MSB 位。如果收
到测试模式开始命令,则该位被置为”1”。当该位为”1”时，你必须送入测试模式结束命令或复位
命令才可清此位为”0”。
4．初始化（依据不同状态，SD2003A 有不同的初始化操作）:
（1）在上电时
当电源打开时，由上电检测电路来设置，状态寄存器值为“82h”、INT 寄存器的值为“8000 h”。
换句话说，状态寄存器的第 7 位（电源标志位）置为“1”，且由 INT1 脚输出 1Hz 频率。
实时时钟寄存器：00（年），01（月），01（日），0（星期），00（时），00（分）
， 00（秒）
状态寄存器：“82h“
INT1 寄存器：“8000h”
INT2 寄存器：“0000h”
（2）在电源电压检测电路运行时
在上电或电源电压降低时，SD2003A 中的电源电压检测电路工作并将内部状态寄存器的第 7 位
（电源标志位）置为“1”。当置为“1”后，即使电源电压达到或超过检测电压时，该值也一直保持不
变。当电源标志位为“1”时，必须从 CPU 发送复位命令来初始化该标志位。此时，其他寄存器将不会
改变。但是，如果在 CUP 上电复位期间电源标志位已为“0”，则不必送出复位命令。
（3）在接收到复位命令时
当接收复位命令时，各寄存器将变为如下值：
实时数据寄存器：00（年），01（月），01（天），0（星期），00（分），00（秒）
状态寄存器：“00H”
INT1 寄存器：“0000H”
INT2 寄存器：“0000H”
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图 11 实时时钟初始化
5. 读/写数据
(1)读数据
当检验到开始条件后，实时时钟接收器件代码和命令。当读/写位为”1”时，此
时进入实时时钟读取模式或状态寄存器读取模式。无论上述哪一种方式，数据均是从
LSB 依次输出。
i.
读取实时时钟数据 1
图 12 读取实时时钟数据 1
ii.
读取实时时钟数据 2
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图 13 读取实时时钟数据 2
iii.
读取状态寄存器
图 14 读取状态寄存器
(2) 写数据
当检测到开始条件后，实时时钟开始接收器件代码和命令。当读/写位为“0”时，
此时进入实时时钟数据写模式或状态寄存器写模式，数据必须按顺序从 LSB 位开始依次
输入。在实时时钟数据写入时,如有 ACK 信号紧跟着实时时钟数据写命令，则日历和时
间计数器将被复位，并将停止内部时间累加操作。继续接收完分钟数据及秒数据，此时
月末数据将被修正。当 SD2003A 接收完秒数据同时发出 ACK 信号给 CPU，从此新的计
时开始。
iv.
实时数据写入 1
图 15 实时时钟实时数据写入 1
v.
实时数据写入 2
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图 16 实时时钟实时数据写入 2
vi.
状态寄存器写入
图 17 实时时钟状态寄存器写入
（3）不存在的数据与月份末数据的处理：
当写入实时时钟数据时，SD2003A 确认它并处理那些无效数据且做月末校正:
表 5 不存在数据的处理
寄存器
正确数据
错误数据
改正结果
年数据
00-99
XA-XF,AX-FX
00
月数据
01-12
00,13-19,XA-XF
01
日数据
01-31
00,32-39,XA-AF
01
星期数据
0-6
7
0
00
小时数据(24 小时制)
0-23
24-29,3X,XA-XF
(*)(12 小时)
0-11
12-19,XA-XF
分钟数据
00-59
60-79,XA-XF
00
秒数据
00-59
60-79,XA-XF
00
（*）如果用 12 小时制，应用 AM/PM 来做标志。
在 24 小时制中 AM/PM 标志位的值不用管，但在读操作时“0”表示 0~11 点，”1”表示 12~23
点。
（**）关于不存在秒数据的处理：是在写完秒数据后产生一个进位脉冲，并将该进位脉冲送至分钟计
数器。
[月末校正]任何不存在的日期都将被校正为下个月的第一天。例如：2 月 30 被改为 3 月 1 日。闰年的
校正也在此完成。
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6. 中断：
INT1 与 INT2 有 5 种不同的输出格式，它们由状态寄存器中的 INTxAE INTxME 与 INTx FE
位来决定（x：1 或 2）
表6
中断描述
序号
INT1AE
INT1ME
INT1FE
描述
0
0
0
0
INT1 脚输出禁止(无中断输出)
1
*
0
1
INT1 脚输出选定频率固定中断
2
*
1
0
INT1 脚输出每分钟边沿中断
3
*
1
1
INT1 脚输出每分钟固定中断
4
1
0
0
INT1 脚输出报警中断
序号
INT2AE
INT2ME
INT2FE
5
0
0
0
INT2 脚输出禁止(无中断输出)
6
*
0
1
INT2 脚输出选定频率固定中断
7
*
1
0
INT2 脚输出每分钟边沿中断
8
*
1
1
INT2 脚输出每分钟固定中断
9
1
0
0
INT2 脚输出报警中断
描述
注意:*处不用关心赋值(0.1 都可以)
（1）报警中断输出：
报警中断是通过 INT1 寄存器（或 INT2 寄存器）来设置小时和分钟数据，并将状态寄存器中的
INT1AE 置为”1”、INT1ME 及 INT1FE 置为“0”（或 INT2AE 为”1”、INT2ME 及 INT2FE 为 0）
来启动的。当设定时间到达时，INT1 脚（或 INT2 脚）输出低电平。由于输出状态被保持，如不
置 INTxAE 位为”0”,则 INTx 脚将一直为低电平.可通过置状态寄存器 INT1AE（或 INT2AE）位为“0”，
把 INTx 脚的输出转为高电平（即报警中断关状态）。
芯片内部报警时间符合信号（不是指 INTx 脚输出的信号，而是指设定时间和实时时间相重
合的信号）将保持 1 分钟。注意, 如果在这 1 分钟内再次将 INT1AE 或 INT2AE 置为”1”时,INTx
脚将再一次输出低电平信号。
图 18 实时时钟报警中断输出
（2）可选频率的固定中断输出
当将设置频率的数据给 INT1 寄存器（或 INT2 寄存器），并置 INT1ME 为“0”和 INT1FE 为”
1”（或 INT2ME 为“0”和 INT2FE 为”1”），则通过 INTx 寄存器设定的固定频率信号将从 INT1
（或 INT2 脚）输出。
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图 19 实时时钟可选频率的固定中断输出
（3）每分钟边沿中断输出
置状态寄存器的 INT1ME 为”1”、INT1FE 为“0”（或 INT2ME 为”1”或 INT2FE 为“0”）
以后,当出现置位之后的第一个分钟进位，则将从 INT1 脚（或 INT2 脚）输出低电平。因为该输出
被保持，所以通过置状态寄存器的 INT1AE、INT1ME 和 INT1FE 位（或 INT2AE、INT2ME 和 INT2FE
位）位为”0”,可将输出转为高电平（关状态）。在该分钟进位信号产生后的 10ms 以内，如果重置状
态寄存器的 INT1ME 为”1”、INT1FE 为“0”
（或 INT2ME 为”1” 、INT2FE 为“0”）， 则从 INTx
脚再一次输出低电平信号。.
图 20 实时时钟每分钟边沿中断输出
(4)每分钟固定中断输出
置状态寄存器的 INT1ME 和 INT1FE 位为”1”(或 INT2ME 和 INT2FE 为”1”)以后, 当出现置
位之后的第一个分钟进位,则将从 INT1 脚(或 INT2) 输出周期为一分钟、占空比为 50%的连续方波信
号。当 INTx 脚为高电平并且在分钟进位信号产生后的 10ms 以内,执行“允许”每分钟固定中断输出
的命令, INTx 脚将再次输出低电平信号。
图 21 实时时钟每分钟固定中断输出
注意:1.如果改变输出模式,则请注意 INT1 和 INT2 寄存器的状态与输出
2.若选择每分钟边沿中断输出或每分钟固定中断输出,则 INT1 和 INT2 寄存器没有意义
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（5）在上电检测电路工作期间
图 22 实时时钟上电检测电路工作期间
7. 电源电压检测电路
实时时钟有内部电源电压检测电路，该电路每隔 1 秒进行采样检查,采样时间 15.6ms。若电源
电压降低于检测电压（VDET）以下, BLD 锁存电路将锁定“H”电平并停止采样。仅当随后是状
态寄存器读命令时,锁存电路的输出被传送至移位寄存器且将恢复采样。
可通过读电压标志位检测电源电压的下降。
这就是说，一旦检测到电源电压下降，任何采样工作将停止且保持高电平，直到执行初始化
或读状态寄存器命令。请看下面的波形图。
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图 23 实时时钟电源电压检测电路
电气特性
（1）
直流电气特性
表 7 直流特性(5V)
（Ta=25℃，VDD=5V）
名称
符号
条件
最小值
典型
最大值
值
单
应用管脚
位
工作电压范围
VDD
Ta=－40~85℃
4.5
5.0
5.5
V
---
静态电流 1
IDD1
在没有通信时
---
1．6
3．0
μA
---
静态电流 2
IDD2
在通信时
---
26
40
μA
---
（SCL=100kHz）
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输入漏电流 1
IIZH
VIN=VDD
-0.5
---
0.5
μA
SCL,SDA
输入漏电流 2
IIZL
VIN=VSS
-0.5
---
0.5
μA
SCL,SDA
输出漏电流 1
IOZH
VOUT=VDD
-0.5
---
0.5
μA
INT1,INT2,SDA
输出漏电流 2
IOZL
VOUT=VSS
-0.5
---
0.5
μA
INT1,INT2,SDA
输入电压 1
VIH
---
0.8*
---
---
V
SDA,SCL
---
0.2*
V
SDA,SCL
VDD
输入电压 2
VIL
---
---
VDD
输出电流 1
IOL1
VOUT=0.4V
2．0
3．5
---
mA
INT1,INT2
输出电流 2
IOL2
VOUT=0.4V
6
12
---
mA
SDA
检测电压 1
VDET1
Ta=25℃
1.8
2.0
2.2
V
---
检测电压 2
VDET2
Ta=0~+70℃
1.72
---
2.3
V
---
（2）
交流电气特性
表 8 交流电气特性（参考图 3、图 4、图 5）
名称
符号
单位
VDD
最小值
典型值
最大值
SCL 时钟频率
FSCL
0
---
100
khz
SCL 时钟“L”时间
TLOW
4.7
---
---
μs
SCL 时钟“H”时间
THIGH
4.0
---
---
μs
SDA 输出延迟时间
TPD
---
---
3.5
μs
开始条件建立时间
TSU.SDA
4.7
---
---
μs
开始条件保持时间
THD.STA
4.0
---
---
μs
数据输入建立时间
TSU.DAT
250
---
---
ns
数据输入保持时间
THD.DAT
150
---
---
ns
停止条件建立时间
TSU.STO
4.7
---
---
μs
SCL，SDA 上升时间
TR
---
---
1.0
μs
SCL，SDA 下降时间
TF
---
---
0.3
μs
总线释放时间
TBUF
4.7
---
---
μs
噪声抑制时间
TI
---
---
100
ns
应用电路与程序
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