高精度的實(shí)時(shí)時(shí)間芯片X1288的原理及應用
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引言
X1288是Xicor公司最新推出的高精度多功能時(shí)間芯片。除了提供高精度的時(shí)間外，還提供了片內的32K8位的EEPROM、看門(mén)狗、2個(gè)警告和備和電源的自動(dòng)切換、頻率輸出等大量實(shí)用的功能。由于它使用的外部晶振可以選用低價(jià)格的32.768kHz晶體振蕩器，所以芯片的價(jià)格便宜。它提供的時(shí)間分辨率為1/100s，以及小于510 -6的年變化率，使得它得以在手機、POS設備、智能儀表、控制裝置及其它電子領(lǐng)域中得以廣泛的應用，而且還可以作為低精度儀表的時(shí)間校準。
1 X1288簡(jiǎn)介
X1288的引腳如圖1所示。
X1288共有兩種封裝形式：一種是16引腳的SOIC封裝（表面幀式），另一種為14引腳的TSSOP封裝（雙列直插式）。
圖1
X1，X2：外接32.768kHz晶振的引腳。
RESET：復位信號輸出，作為看門(mén)狗時(shí)使用。
Vss：數字地。
SDA：用于串行傳輸數據的輸入與輸出雙向引腳。引腳為開(kāi)漏輸出，因此需要接上拉電阻，線(xiàn)上的傳輸速度最高達400kHz。
SCL：串行時(shí)鐘輸入腳。
PHZ/IRQ：多功能復用引腳。
功能1――可編程的頻率輸出?？梢暂敵?2.768kHz、100Hz、1Hz或不激活四種狀態(tài)。
功能2――中斷輸出。提醒上位機一個(gè)定時(shí)警告已產(chǎn)生，低電平表示激活。
VBACK：后備支撐電源引腳輸入端。
Vcc：主電源。
NC：無(wú)內部連接。
2 X1288的內部框圖及其工作原理
X1288內部由振蕩電路、分頻電路、計時(shí)單元、晶振補償單元、時(shí)間保存寄存器、警告寄存器、256Kb EEPROM、狀態(tài)寄存器、控制寄存器、串行接口譯碼器、控制譯 碼單元、看門(mén)狗定時(shí)器、低電平復位電路等組成。內部框圖如圖2所示。
圖2
X1288內部共有可用的寄存器64個(gè)，其中0x00～0x37和0x3f已經(jīng)使用。分別為狀態(tài)寄存器、時(shí)間寄存器、控制寄存器、報警寄存器0、報警寄存器1。
2.1 主要寄存器介紹
狀態(tài)寄存器（SR）是易失性的，其地址是03H，命令格式如下：
| 位7 | 位6 | 位5 | 位4 | 位3 | 位2 | 位1 | 位0 | 缺省值 |
| BAT | AL1 | AL0 | 0 | 0 | RWEL | WEL | RTCF | 01h |
BAT：后備電源標志。BAT為“1”，表明器件在使用后備電源。
AL1、AL0：報警選擇位。X1288中有兩個(gè)報警寄存器。若其中的某一報警時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)鐘相同時(shí)，相應的AL1和AL0位將變?yōu)椤?”；當讀取SR的值后，該位又變?yōu)椤?”。
RWEL：時(shí)鐘/控制寄存器寫(xiě)入控制位。對控制寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，必須先使該位為“1”。
WEL：控制寄存器和內部的EEPROM的寫(xiě)入控制位。在對它們進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，必須先使該位為“1”。但是要對它進(jìn)行寫(xiě)，先要寫(xiě)RWE1位為“1”，即先寫(xiě)“02H”到狀態(tài)寄存器，再寫(xiě)“06H”到狀態(tài)寄存器才可以。
RTCF：掉電標志位。當全部電源包括Vcc和VBACK失效后，該閏變?yōu)椤?”；而在系統再次上電后，如果要對RTC進(jìn)行第一次有效寫(xiě)操作，則應首先使該位為“0”。
2.2 計時(shí)精度調節原理
為了實(shí)現高精度的定時(shí)，X1288主要通過(guò)芯片內部的晶振補償單元的數字微調寄存器和模擬微調寄存器來(lái)實(shí)現。這兩個(gè)寄存器為非易失性的，掉電之后數據也不會(huì )丟失。數字微調寄存器（DTR）應用3位DTR2、DTR1、DTR0來(lái)調節每秒的計算次數和平均錯誤，獲得更好的精度。其中DTR2為符號位：DTR2=0，頻率補償為正；DTR2=1，頻率補償為負。DTR1、DTR0是數值位，DTR1提供1010 -6的調整范圍。DTR0提供2010 -6的調節范圍。三個(gè)位組合起來(lái)提供-3010 -6～+3010 -6的調節。模擬微調寄存器（ATR）共有ATR5～ATR0的6個(gè)模擬微調位，用于調節芯片內加載電容的大小。加載電容的大小為3.25pF～18.75pF。內部電容大小的計算公式如下：
CATR=（ATR value0.25pF）+11.0pF
典型可調節的晶振頻率范圍上下偏差為+11610 -6～-3710 -6。兩個(gè)微調寄存器相結合，最大可調節+14610 -6，實(shí)現高精度的定時(shí)微調。
圖3
3 應用
3．1 X1288與CPU連接的原理圖
X1288與89C92的連接比較簡(jiǎn)單，如圖3所示。有點(diǎn)要注意的是，在SCL、SDA和RESET引腳要接上拉電阻。
3．2 為實(shí)現高精度定時(shí)的PCB設計
由于X1288的晶振輸入引腳X1的輸入阻抗非常高，會(huì )從電路板上的其它電路中拾取高頻信號；同時(shí)，輸入引腳X2接晶振的另外一個(gè)引腳，它也是一個(gè)敏感節點(diǎn)。另外，高頻的噪聲信號能夠從兩個(gè)節點(diǎn)注入晶振電路，產(chǎn)生雙倍的時(shí)鐘或雜亂的時(shí)鐘信號，嚴重影響定時(shí)器的精確定。因此，需要小心設計的電路的布線(xiàn)，以避免哭聲信號的拾取。在設計中，連接到X1、X2的晶振引腳要盡可能的短，而且最好在晶振周?chē)忌蠈挼牡鼐€(xiàn)，以減少噪聲的侵入。但是，在X1、X2引腳邊要避免布地線(xiàn)，以防止增加X(jué)1、X2引腳的輸入負載電容。還有，在Vcc與地線(xiàn)之間一定要接上一個(gè)非極性的電容。典型的布線(xiàn)如圖4所示。
3．3 軟件介紹
X1288與CPU的接口方式，遵循標準的I2C總線(xiàn)協(xié)議格式。即首先主器件發(fā)出啟動(dòng)信號，其次是命令幀、地址幀和數據幀格式。所有的命令、數據和地址字節首先傳輸最高位。關(guān)于I2C總線(xiàn)的格式在各種論文中已有詳細描述。以下是C51對X1288進(jìn)行基本操作的程序。
（1）讀X1288的程序
uchar Read_x1288(void)/*讀一個(gè)字節的數據*/
{ uchar temp=0;
uchar BitCounter=8;
Scl_x1288=Low;
do{
Scl_x1288=Low;
_nop_();_nop_();
Scl_x1288=High;
_nop_();_nop_();
if(Sda_x1288) /*如果Sda=1;*/
temp=temp|0x01|; /*temp的最低位置1*/
else
temp=temp0xfe; /*否則temp的最低位清0*/
if(BitCounter-1)
{temp=temp1;}
BitCounter--;
}while(BitCounter);
Scl_x1288=Low;
return(temp);};
(2)寫(xiě)x1288的程序
void Write_x1288(uchar TempData)/*寫(xiě)數據子程序*/
{uchar BitCounter=8; /*位數控制*/
uchar temp; /*中間變量控制*/
temp=TempData;
Scl_x1288=Low;
do{
Scl_x1288=Low;
_nop_();_nop_();
Sda_x1288=((temp 0x80)?1:0);
_nop_();_nop_();
Scl_x1288=High;
_nop_();_nop_();
temp=temp1;
BitCounter--;
}while(BitCounter);
Scl_x1288=Low;}
4 小結
實(shí)驗證明，X1288多功能高精度時(shí)間芯片與其它時(shí)鐘芯片相比，有精度高、功能全、使用靈活簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比極高的特點(diǎn)。在實(shí)際應用中，作為低精度計時(shí)器的校時(shí)，也完全可行。它具有很高的應用價(jià)值。
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