野外观测仪器中有许多是要长期在野外工作的，其能源也必须由自身提供，即所谓的自容式。有些观测设备尚可利用太阳能、风力等天然能源。但也有相当一部分无法借助自然能源。
因此，对自容式设备的电源管理就成为自容式仪器设备研制中的一个重要的技术问题。文章介绍了Dallas公司的串行实时时钟芯片DS1305的工作原理及其在野外自容式仪器设备中的应用。
在开发研制用于野外环境监测的自容式仪器设备时，节约电能往往成为一个重要问题。因为对环境的监测常常要求监测设备能够连续或断续的工作数十天甚至一年，所用的能源大多是太阳能或化学电池。对于安装在深井中的地震预报设备或锚定在海底的海洋环境监测设备来说就只能利用化学电池供电。由于自然规律的变化大多是慢变的，对它们的监测往往也只要求在某些时刻进行观测，而其他时间可以让仪器设备休眠。这样，只要设计出节能的电源管理单元就可以大大减少能源的消耗，并减少设备的体积。笔者在国家海洋863计划818主题中的某个研制项目中就采用了这一设想。该项目要求观测设备在每个正点时刻观测一组数据，其他时间休息待命。如在非正点时刻收到观测命令，也需观测一次。为此，我们选用了Dallas公司的DS1305作为电源管理单元的时钟源，让其在每到正点时刻启动主机实施观测，待数据采集完成后，DS1305又发出指令关闭主机。这样，主机只有在实施观测时才消耗电能，DS1305自身又是微功耗器件，所以整个设备耗电很少。只要用较少的化学电池就可以长期在野外工作。
1 DS1305实时时钟的基本工作原理
1.1 DS1305串行实时时钟的主要功能
DS1305串行实时时钟有下列主要功能：
(1)具有年、月、日，时、分、秒以及星期等日历及时钟（到2100年）；(2) 96Byte的非易失RAM可供用户存储数据；
(3)有两个报警输出口，报警点分别可被编程为日、时、分以及秒的组合；(4)双电源供电：一路用电池作后备，一路用作主电源；(5)工作电源电压为2.5～5.5V；
(6)工作环境温度为- 40～+85℃。
1.2 DS1305的管脚排列及其功能
采用DIP封装的DS1305的管脚排列如下图所示。DS1305还有20脚的TSSOP封装，这里简略。
各引脚的功能如下：
VCCl:主电源，由系统提供的工作电源由此引脚加入。
Vcc2:后备电源，可以接入可充电的化学电池。
Vbat: +3V电池输入。
Vccif:接口逻辑电源输入脚。
GND:电源地。
X1．X2:接入32 768Hz晶振。
INTO(反相)：中断0输出，低电平有效。
INTl(反相):中断1输出，低电平有效。
SDI:串行数据输入，在SPI方式时为串行数据
输入线；在3-线方式时必须与SDO接在一起，一同当I/O线使用。
SDO:串行数据输出，在SPI方式时为串行数据
输出线；在3-线方式时必须与SDI接在一起，一同当I/O线使用。
CS:芯片使能。
SCLK:串行时钟输入。
SERMODE:串行接口方式。当SERMODE接
GND时，选择标准3—线工作方式；当SERMODE
接Vcc时，为Motorola SPI方式。
PF(反相):电源故障输出。
1.3 DS1305的内部结构
DS1305的内部结构如上图所示，由上图可见，DS1305由电源控制及涓流充电、串行接口逻辑、输入输出移位寄存器、日历时钟逻辑及控制寄存器和非易失用户RAM等组成。
1.4 内部日历时钟寄存器及RAM的分布
DS1305的日历时钟寄存器及用户RAM的地址分布如下图所示。
1．5 日历／时钟寄存器的定义及其功能
DS1305内部有许多寄存器，除控制寄存器、状态寄存器、涓流充电寄存器外其余的数据格式均为BCD码，这里简略。下面介绍这三个寄存器以及报警屏蔽位的定义。
1.5.1 控制寄存器(读地址：OFH，写地址：8FH)控制寄存器中各位的功能如下表所列。
EOSC:振荡器使能。该位为0，启动振荡器；为1，停止振荡器并使DS1305进入低功耗方式。耗电大约为100nA。
WP:写保护。该位为1，禁止除它自身以外所有RAM的写入，在进行写操作之前必须先将该位清零。
INTCN:中断控制。该位为1，脚INTO与报警寄存器0相匹配，脚INT1与报警寄存器1相匹配；为0，脚lNTO分别与两个报警寄存器相匹配，而脚INT1反相没有作用。
AIEO:报警中断使能0。该位为1，允许在状态寄存器中的中断0请求标志位IRQFO发出INTO反相；为0，不允许发布INT0反相。
AIEl:类似AIEO，简略。
1.5.2状态寄存器(读地址：10H，写地址：90H)状态寄存器中各位的功能如下表所列。
时刻已与报警寄存器0相匹配，如果AIEO也为1，则使脚INTO反相变为低电平。对于报警寄存器组中的任何一个寄存器的读写均会使IRQFO清零。
IRQFl:与IRQFO相似，简略。
1.5.3 涓流充电寄存器(读地址：11H，写地址：91H)涓流充电寄存器中各位的功能如下图所示。
TCS:涓流充电选择。1010B为充电，其它均为不充电。
DS:二极管选择。01为一只，02为两只，其它无效。
RS:电阻选择。00为2kΩ，01为4kΩ，10为8kΩ，11为无效。
1.5.4报警屏蔽位的定义
报警屏蔽位的定义如下表所列。
1.6接口方式
SPl方式单字节读时序图如下图所示。SPI方式单字节写时序图如下图所示。3-线方式接口时序图如下图所示。限于篇幅这里只给出时序图。
DS1305/DS1306除上面两种单字节传送方式外，还有多字节SPI和3-线方式。它与单字节方式基本相同，只是在多字节传送时先要写一个开始地址，而后，DS1305内部的地址指针在读写完这个地址后会自动加1，只要顺序读或写即可。
2 DS1305与AT89C2051的接口
由于DS1305是串行方式接口，因此可以很方便的与任何一种CPU简单连接。SPI及3-线方式与AT89C2051的接口方式如下图所示。
3 DS1305在海洋环境监测设备中的应用
前面我们提到，海洋环境监测往往要求长期观测，但是由于许多海洋环境参数在宏观上具有慢变特性，因此观测可以是断续的。我们利用DS1305作为时钟源，设计了一个电源管理单元，加入观测设备，有效的解决了长期性与电源消耗的矛盾。
DS1305具有可编程定时报警功能，它的定时时间可以设定为每秒、每分、每小时输出一次报警信号。我们就利用它的这一功能和微功耗特性，设计了一个电源控制单元。通过编程使DS1306 (1305输出负脉冲，1306输出正脉冲，其它功能均相同)按一定的时间间隔产生中断信号，即输出INTO(反相)信号，用这个信号去复位（叫醒）CPU，CPU开始工作，驱动继电器组向主系统供电，待主系统完成任务后，去读取DS1306的控制寄存器，复位DS1306的INTO(反相)，从而使主系统失电，或在一定的时间间隔后由DS1306的INT1(反相)向主系统发布第二次中断，由主系统自行关闭电源。如此过程重复执行，则可以有效的解决自容式野外观测设备的电源供应问题。按照上述方法，我们设计的电源管理单元模块已用于我们承担的国家海洋863计划818主题中的海洋中悬浮泥沙浓度观测设备研制项目中，并经试验证明上述方法可行。
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