DS3231时钟芯片

一、前言

DS3231是一颗时钟芯片，¡¿¡¿它的守时精度可以达到 2个ppm。¡¿¡¿下面对它的基本功能进行测试，¡¿¡¿为后面再工程中应用验证基本方案。¡¿¡¿提供基本的测试数据。

二、测试电路

  设计电路，其中的单片机为 STM32F103。通过 I2C总线连接 DS3231芯片。铺设单面PCB，适合一分钟制版。一分钟之后，得到了测试电路板。下面焊接测试。

三、焊接测试

  焊接电路板，其中还有一个跳线没有使用 0 欧姆进行短接。焊接的单片机是一颗APM32单片机，据说能够完全兼容 STM32单片机。下面对它进行测试。

  首先通过STM32的 I2C总线，测试是否能够访问到 DS3231。在 CubeMX中使能 I2C功能，设置时钟频率为 100kHz。根据DS3231数据手册，可以知道它对应的 I2C总线地址为0x68。调用 HAL 库中的I2C函数，判断总线上是否存在 这个地址上的设备。请注意，这里的设备地址，应该由原来的地址左移一位，最后形成第一个字节前7位地址。冬雨DS3231来说，对应的是0xd0。

  观察I2C总线波形，上面是时钟信号，下面是数据信号。在起始信号之后，接下来发送DS3231的地址，接下来发送 0，表示对 I2C设备的写入过程。紧接着是 DS3231返回的应答信号。最后是 I2C 停止信号。这样便正确的访问到 DS3231芯片了。

四、DS3231基本功能

  DS3231内部具有19个寄存器，下面读取这些寄存器内容。首先通过I2C 写命令，写入读取寄存器的地址。每次都是从 0 开始。然后读取 19个寄存器。根据DS3231的数据手册可以知道，从前往后分别是时钟和日期。可以看到，第一个字节为 时钟的秒计数，是 BCD编码。最后两位是温度数值。

  在设计原理图的时候，忘记在 DS3231时钟输出增加一个上拉电阻。这样就无法观察到 时钟信号。在电路板上临时飞起一个20k欧姆的电阻，观察在第一管脚输出的时钟信号。缺省的情况下，该管脚输出时钟信号。使用示波器探头，在局部进行差分测量，在示波器上，显示出输出时钟波形。可以看到时钟的频率为32.768kHz。由于是开路输出，所以脉冲信号的上升沿相对比较缓慢。

  使用FLUKE45测量脉冲的频率，结果显示未精确的32.768kHz，由于万用表的精度，也只能显示到 1Hz的精度。

  下面使用 FA-2 频率计对 时钟信号进行测试。它可以显示到 频率在 0.01Hz上下跳动。这是我手边精度最高的频率计了。

  通过 GATE 按键，改变频率计门控时间，修改为 10秒，此时，频率计的分辨率可以达到 10万分之一Hz，可以看到此时，DS3231的频率稳定度在 千分之一秒。但是，通过修改DS3231中的老化补偿寄存器，还无法观察到频率的变化。

  除了第一管脚 32.756kHz 的脉冲输出之外，DS3231还可以通过寄存器控制在 INT 管脚方波输出。下面观测INT管脚的波形。原则上它需要外部施加上拉电阻。这里应用了 单片机本身IO口的上拉电阻，可以看到有对应的输出方波。方波的频率为 8.096kHz。修改控制寄存器的数值，可以改变方波的频率。现在是 1024Hz。

※ 总  结 ※

  本文测试了时钟芯片 DS3231的基本功能。这为在后面工程应用提供了基本使用经验。它内部集成有石英晶体以及温度传感器。能够实现 2ppm的时钟计时精度。后面利用它的计时功能以及输出脉冲功能，来优化之前的一个设备的设计方案。