实时时钟器件M41T94在配网监测终端中的应用

　　1 引言

　　在单片机应用和智能仪器仪表中，尤其是分布式控制系统，实时时钟已成为不可或缺的一部分。实时时钟器件不仅提供系统时钟，而且还附带其他功能，服务于应用系统。一般时钟器件存在精度低，功耗大，功能少，操作繁琐诸多不足。复杂系统采用高性能多功能的时钟器件，可减少分立元件，提高系统集成度和稳定性。因此，基于实时时钟的功能特点，提出一种基于M41T94在配网监测终端应用的设计方案。

　　2 M41T94简介

　　M41T94是一款高精度、多功能、低功耗实时时钟器件，使用SPI串行总线与外部单片机MCU传输数据。M41T94除具有大多数时钟器件的时钟和日历、闹钟设置功能外，还提供更精确的时钟(十分之一秒、百分之一秒)，以及掉电时间自动锁存、时间标定、看门狗等功能。M41T94实时时钟器件采用SOIC封装，具有16引脚和28引脚两种版本类型，其引脚配置如图1所示。其中28引脚版本内部封装电池和晶体振荡器，而16引脚版本则需外接电池和品体振荡器。

　　以16引脚版本为例，其主要引脚功能为：

　　SDO(Serial Data Output)：串行数据输出引脚。该引脚通过SPI接口输出时钟、日历、控制及状态信息。

　　SDI(Serial Data Input)：串行数据输入引脚。该引脚输入命令字及数据信息。E(Chip Enable)：器件使能引脚。当E为高电平时，器件禁止，SDO保持高阻状态;器件操作前，须先将E置为低电平。

　　VBAT(Battery Support Voltage)：外部电池供电引脚。系统掉电时，M41T94自动切换至电池供电。

　　RST(Reset Output)：复位输出引脚。当监测到掉电或其他复位输出时，RST输出复位信号用于控制器的复位源。

　　M41T94采用SPI接口，便于与单片机通信;并具有64字节带电保护RAM，其中20个8位寄存器供内部时钟系统使用，44字节通用NVRAM供用户使用。通过SPI接口，主机发送不同的命令字选择相应的寄存器，实现对M41T94的读写及控制操作。

　　3 配网监测终端的实时时钟系统

　　配网监测系统是南配网监测终端构成的分布式电网参数监测系统。监测终端实时测量并计算电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素等电网参数;统计和记录供电时间、停电时刻、停电时间、来电时刻、日供电合格率、月供电合格率、正点电压值等信息。因此，时钟是监测终端不可或缺的部分。由于监测终端长时间的挂网运行，且记录的参数都与时间有关，要求时钟具有较高的走时精度。M41T94时钟计时可达百分之一秒，并具有掉电时间锁定，时钟标定等功能，能够满足配网监测终端的要求。M41T94在配网监测终端中主要实现系统掉电、上电时间记录、自身时间标定、系统定时校时等任务。在配网监测终端中，记录配网停电、来电时刻是配网运行状态的重要参数。正常运行状态下，M41T94内部时钟寄存器数据不断刷新，实时记录当前时刻时间，当M41T94自动监测VCC下降到监测点VCC时，寄存器0Ch单元的HT位硬件置为1，阻止时钟寄存器刷新，此时时钟寄存器的数据就是准确的掉电时间。当发生掉电时，M41T94能够自动切换电源，利用外部电池供电，时钟保持正常运行，这样就保证时间的准确性和实时性。因此，当C8051F340单片机上电复位时，它首先读取实时时钟的时间，即为掉电时刻的时间值，然后由软件将HT位清零，M41T94用当前实时时间刷新时钟寄存器，再次读取，就可得到上电时刻时间。为了保证读取的上电时间准确，要求在上电复位后尽快完成上电时间的读取。