單片機(jī)控制實(shí)時(shí)時(shí)鐘X1226的設(shè)計(jì)

武漢力源信息技術(shù)服務(wù)有限公司 水清

引言

X1226具有時(shí)鐘和日歷的功能，時(shí)鐘依賴時(shí)、分、秒寄存器來跟蹤，日歷依賴日期、星期、月和年寄存器來跟蹤，日歷可正確顯示至2099年，并具有自動(dòng)閏年修正功能。擁有強(qiáng)大的雙報(bào)警功能，能夠被設(shè)置到任何時(shí)鐘/日歷值上，度可到1秒?？捎密浖O(shè)置1Hz、4096Hz或32768Hz中任意一個(gè)頻率輸出。

X1226提供一個(gè)備份電源輸入腳VBACK，允許器件用電池或大容量電容進(jìn)行備份供電。采用電容供電時(shí)，用一個(gè)硅或肖特基二極管連接到Vcc和充電電容的兩端，充電電容連接到Vback管腳，注意不能使用二極管對(duì)電池充電(特別是鋰離子電池)。切換到電池供電的條件是Vcc=Vback-0.1V，正常操作期間，供電電壓Vcc必須高于電池電壓，否則電池電量將逐步耗盡。振蕩器采用外接32.768kH的晶體，產(chǎn)生的振蕩誤差可通過軟件對(duì)數(shù)字微調(diào)寄存器、模擬微調(diào)寄存器的數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)加以修正，避免了外接電阻和電容的離散性對(duì)的影響。4Kb的EEPROM可用于存儲(chǔ)戶數(shù)據(jù)。

電路組成及工作原理

X1226可與各種類型的的微控制器或微處理器接口，接口方式為串行的I2C接口。其中數(shù)據(jù)總線SDA是一個(gè)雙向引腳，用于輸入或輸出數(shù)據(jù)。其漏極開路輸出在使用過程中需要添加4.7～10kΩ的上拉電阻。本文介紹89C51單片機(jī)與X1226的接口方法，由于89C51單片機(jī)沒有標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口，只能用軟件進(jìn)行模擬。

為了更直觀地看到時(shí)間的變化，采用8位LED數(shù)碼管顯示年、月、日或時(shí)、分、秒，用PS7219A驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，數(shù)碼管選擇0.5英寸共陰極紅色或綠色LED數(shù)碼管。由于PS7219A器件內(nèi)含IMP810單片機(jī)監(jiān)控器件，復(fù)位輸出高電平有效，因此在使用51系統(tǒng)時(shí)，無須添加監(jiān)控器件，使用PS7219A的復(fù)位輸出給51單片機(jī)復(fù)位即可，監(jiān)控電壓為4.63V。硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

在硬件通電調(diào)試過程中，不能用手去觸摸X1226的晶體振蕩器，否則可能會(huì)導(dǎo)致振蕩器停振，恢復(fù)振蕩器起振的方法是關(guān)閉電源(包括備份電源)后重新上電。另外需要說明的是，測(cè)量振蕩器時(shí)，不要用示波器的探頭去測(cè)量X2的振蕩輸出，應(yīng)該用探頭測(cè)量PHZ/IRQ的振蕩輸出，以確定是否起振和振蕩頻率是否準(zhǔn)確，測(cè)量時(shí)建議在該腳加一個(gè)5.1kΩ的上拉電阻。

軟件設(shè)計(jì)

X1226內(nèi)含實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器(RTC)、狀態(tài)寄存器(SR)、控制寄存器(CONTROL)、報(bào)警寄存器(Alarm0、Alarm1)和客戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。由于實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器和狀態(tài)寄存器需要進(jìn)行頻繁的寫操作，因此其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為易失性SRAM結(jié)構(gòu)。其他寄存器均為EEPROM結(jié)構(gòu)，寫操作次數(shù)通常在10萬次以上。X1226初始化程序框圖如圖2所示，子程序YS4的作用是延時(shí)4μs。

啟動(dòng)條件子程序：SETB SDA
LCALL YS4
SETB SCL
LCALL YS4
CLR SDA
LCALL YS4
CLR SCL
LCALL YS4
RET
停止條件子程序：CLR SDA
LCALL YS4
SETB SCL
LCALL YS4
SETB SDA
RET

寫操作

X1226初始化之后，單片機(jī)對(duì)X1226進(jìn)行開始條件的設(shè)置，在寫CCR或EEPROM之前，主機(jī)必須先向狀態(tài)寄存器寫02H，確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)，確認(rèn)后寫入06H，再確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)。確認(rèn)后啟動(dòng)了寫操作，首先發(fā)送高位地址，然后發(fā)送低位地址。X1226每收到一個(gè)地址字節(jié)后，均會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。在兩個(gè)地址字節(jié)都收到之后，X1226等待8位數(shù)據(jù)。在收到8位數(shù)據(jù)之后，X1226再產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答，然后單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止條件來終止傳送。

---X1226具有連續(xù)寫入的功能，每收到1字節(jié)后，響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答，其內(nèi)部將地址加一。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到該頁的末尾時(shí)，就自動(dòng)返回到該頁的首地址。這意味著單片機(jī)可從某一頁的任何位置開始向存儲(chǔ)器陣列連續(xù)寫入64字節(jié)，或向CCR連續(xù)寫入8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

寫入X1226數(shù)據(jù)子程序:MOV R5,#8
SEND1: MOV A,DATASE
RLC A
MOV DATASE,A
MOV SDA,C
SETB SCL
LCALL YS4
CLR SCL
LCALL YS4
DJNZ R5,SEND1
RET

讀操作

在上電時(shí)，16位地址的默認(rèn)值為0000H。X1226初始化操作之后，單片機(jī)對(duì)X1226進(jìn)行開始條件的設(shè)置，在寫CCR或EEPROM之前，主機(jī)必須先向狀態(tài)寄存器寫02H，確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)，確認(rèn)后寫入06H，再確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)。確認(rèn)后啟動(dòng)了寫操作，首先發(fā)送高位地址，然后發(fā)送低位地址。X1226每收到一個(gè)地址字節(jié)后，均會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。單片機(jī)發(fā)送另一個(gè)開始條件，將R/W位設(shè)置為1，接著接受8位數(shù)據(jù)。單片機(jī)終止讀操作時(shí)，無需等待X1226的應(yīng)答信號(hào)，單片機(jī)即可設(shè)置停止條件。

讀出X1226數(shù)據(jù)子程序: MOVR5,#8
MOVDATARE,#0
SETBSDA
CLR C
READ1: SETB SCL
LCALL YS4
MOV C,SDA
CLR SCL
MOV A,DATARE
RLC A
MOV DATARE,A
LCALL YS4
DJNZ R5,READ1
RET

振蕩器頻率在線補(bǔ)償調(diào)節(jié)

X1226集成了振蕩器補(bǔ)償電路，用戶可通過軟件在線對(duì)振蕩器頻率進(jìn)行微調(diào)，這種微調(diào)通常針對(duì)兩種情況。一種情況是在25℃常溫下，對(duì)振蕩器因器件初始帶來的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償；第二種情況是對(duì)因溫度引起的頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。X1226內(nèi)部設(shè)有數(shù)字微調(diào)寄存器(DTR)和模擬微調(diào)寄存器(ATR)，兩個(gè)寄存器均為非易失性寄存器。數(shù)字微調(diào)寄存器具有3位數(shù)字微調(diào)位，調(diào)節(jié)范圍為-30～+30×10-6。模擬微調(diào)寄存器具有6個(gè)模擬微調(diào)位，調(diào)節(jié)范圍為-37～+116×10-6。

對(duì)于因外界環(huán)境溫度變化引起的溫漂補(bǔ)償，要依據(jù)晶體的溫度系數(shù)，在存儲(chǔ)器中建立補(bǔ)償參數(shù)表，不同廠家晶體的溫度系數(shù)是不一樣的，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行選擇。

為了能夠?qū)仄M(jìn)行補(bǔ)償，要求系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，并盡量讓它靠近X1226，這樣可以真實(shí)地反映振蕩器的溫度，原理圖如圖3所示。單片機(jī)首先通過系統(tǒng)溫度傳感器獲取環(huán)境溫度，并在補(bǔ)償參數(shù)表中獲取對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值，然后將補(bǔ)償數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)的微調(diào)寄存器中，就能實(shí)現(xiàn)溫漂補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> ---由于X1226具有精密的振蕩器補(bǔ)償功能，因此非常適合于環(huán)境溫度變化較大的應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)也降低了對(duì)晶體性能參數(shù)的要求。