單片機控制實時時鐘X1226的應用設計

引 言

    X1226具有時鐘和日歷的功能，時鐘依賴時、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，日歷可正確通過2099年，具有自動閏年修正。

    擁有強大的雙報警功能，能夠被設置到任何時鐘／日歷值上，精確度可到ls。可用軟件設置1 Hz，4096 Hz或32768Hz中任意一個頻率輸出。

    該器件提供一個備份電源輸入腳VBACK1允許器件用電池或大容量電容備份供電。許多電池類型能夠用做Xicor公司實時時鐘器件X1226的備份電池，3.OV或3.6V的鋰離子電池較為適合，使用期限為10年。另外一種用法可選擇一個大容量的電容，備份時間可持續幾天至兩個星期，時間的長短依賴于電容容量的大小。用一個簡單的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引腳，注意不能使用二極管對電池充電(特別是鋰離子電池)。切換到電池供電的條件是Vcc=Vback—O.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。

    振蕩器所需晶體，采用外接32.768kHz的晶體。產生的振蕩誤差可通過軟件對數字微調寄存器、模擬微調寄存器的數值進行調節加以修正，避免了外接電阻和電容的離散性對精度的影響。
    器件可提供4Kb的EEPROM，8塊加鎖控制。可用作大量用戶數據存儲的存儲器，具有安全、保密性。這個存儲器的數據在主電源和備用電源全都失效時不受影響。

1 電路組成及工作原理

    實時時鐘器件X1226可與各種類型的微控制器或微處理器接口，接口方式為串行的I2C接口。其中數據總線SDA是一個雙向引腳，用于輸入或輸出數據。它是一個漏極開路輸出，在使用過程中需要添加上拉電阻，阻值大約在4.7Ω～10kΩ之間。本文介紹89C5l單片機與X1226的接口方法，由于89C51單片機沒有標準的I2C接口，只有用軟件進行模擬。 

    為了更直觀地看到時間變換，采用八位LED數碼管顯示年、月、日或時、分、秒的變換，LED數碼管的驅動采用本公司自有產品PS7219A，數碼管選擇1.27cm共陰極紅色或綠色LED數碼管。由于PS7219A器件內含IMP810單片機監控器件，復位輸出高電平有效，因此在使用51系統時，無需添加監控器件，使用PS7219A的復位輸出給51單片機復位即可，監控電壓4.63V。硬件設計原理圖如圖1所示。 

    在硬件通電調試過程中，請不要用手去觸摸實時時鐘X1226的晶體，這樣可能會導致振蕩器停振。恢復振蕩器起振的方法是關閉電源(包括備份電源)重新上電另外需要說明的是，測量振蕩器時，請不要用示波器的探頭去測量X2的振蕩輸出，正確的方法是用探頭去測量PHz／IRQ的振蕩輸出，以確定是否起振和振蕩頻率是否準確。測量時建議在該腳加一個5.lk Ω的上拉電阻。
    注意：在印刷電路設計時，xl226的布線請參考X1226數據手冊的廠家推薦方法。

2 軟件設計

    X1226由實時時鐘寄存器(RTC)、狀態寄存器(SR)、控制寄存器(CONTROL)、報警寄存器(Alarm0、Alarml)和客戶數據存儲器組成。由于實時時鐘寄存器(RTC)和狀態寄存器(SR)需要進行頻繁的寫操作，因此它的存儲結構為易失性SRAM結構，該結構對寫操作的次數沒有限制。其它寄存器結構均為非易失性EEPROM結構，該結構對寫操作有次數限制，通常在10萬次以上。X1226初始化程序流程如圖2所示。

啟動條件子程序：
    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
    注：子程序YS4的作用是延時4μs。

2.1 寫操作

    X1226初始化操作后，單片機對X1226進行開始條件的設置，在寫CCR或EEPROM之前，主機必須先向狀態寄存器寫02H，確認應答信號，確認后寫入06H，再確認應答信號。確認后啟動了寫操作。首先發送高位地址，然后發送低位地址。Xl226每收到一個地址字節后，均會產生一個應答信號。在兩個地址字節都收到之后，X1226等待8位數據。在收到8位數據之后，X1226再產生一個應答。然后單片機通過產生一個停止條件來終止傳送。

    Xl226具有連續寫入功能，X1226在收到每個字節后，響應一個應答，其內部將地址加一。當計數器達到該頁的末尾時，它自動的“返回”到該頁的首地址。這意味著單片機可從某一頁的任何位置開始向存儲器陣列連續寫入64字節或向CCR連續寫入8字節。

    寫入Xl226數據子程序：

       MOV        R5，#8

SENDI：MOV        A，DATASE
       RLC        A
       MOV        DATASE，A
       MOV        SDA，C
       SEB        SCL
       LCALL      YS4
       CLR        SCL
       LCALL      YS4
       DJNZ       R5，SENDl
       RET

2.2讀操作

    在上電時，16位地址的默認值為0000H。X1226初始化操作之后，單片機對X1226進行開始條件的設置，在寫CCR或EEPROM之前，主機必須先向狀態寄存器寫02H，確認應答信號，確認后寫入06H，再確認應答信號。確認后啟動了寫操作。首先發送高位地址，然后發送低位地址。Xl226每收到一個地址字節后，均會產生一個應答信號。單片機發送另一個開始條件，將R／W位設置為l，接著就是接收8位數據。單片機終止讀操作時，無需等待X1226的應答信號，單片機即可設置停止條件。

    讀出X1226數據子程序：

       MOV       R5，#8
       MOV       DATARE，#0
       SETR      SDA
       CLR       C
READl：SETB      SCL
       LCALL     YS4

    MOV C,SDA
    CLR SCL
    MOV A，DATARE
    RLC A
    MOV DATARE，A
    LCALL YS4
    DJNZ R5，READl
    RET

2.2 X1 226獨特的振蕩器頻率在線補償調節功能

    Xicor公司在X1226芯片上集成了振蕩器補償電路，這使得用戶通過軟件，可在線對振蕩器頻率進行微調，這種對振蕩器頻率進行的微調通常針對兩種情況。一種情況是在25℃常溫下，對振蕩器因器件初始精度帶來的頻率偏差進行補償；第二種情況是對因溫度引起的頻率漂移進行補償。X1226內部設有數字微調寄存器(DTR)和模擬微調寄存器(ATR)，兩個寄存器均為非易失性寄存器。數字微調寄存器(DTR)具有三位數字微調位，調節范圍一30ppm~+30ppm。模擬微調寄存器(ATR)具有六個模擬微調位，調節范圍+116ppm~-37ppm。

    為了能夠對外界環境溫度變化引起的溫漂進行補償， 要求系統中設計一個溫度傳感器，并盡量讓它靠近實時時鐘器件X1226，這樣可以真實地反映振蕩器的溫度，原理圖如圖3所示。單片機首先通過系統溫度傳感器獲取環境溫度， 并在補償參數表中獲取對應的補償值， 然后將補償數據填寫到相應的微調寄存器中，就能實現溫漂補償的目的。