基于IIC1.0的時(shí)鐘芯片應用程序設計

　　摘要：在對串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片X1203內部結構和工作特性作基本介紹的基礎上，設計出用單片機的通用I/O口線(xiàn)虛擬I2C總線(xiàn)來(lái)實(shí)現與時(shí)鐘芯片的串行接口電路以及利用虛擬I2C總線(xiàn)軟件包VIIC設計時(shí)鐘芯片1203的應用程序。

　　關(guān)鍵詞：單片機 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 虛擬I2C總線(xiàn)

　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘是微機測控系統中的一個(gè)重要組成部分。美國Xicor公司推出的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片X1203提供備用電源輸入引腳，使器件能用非可重新充電電池任務(wù)用電源。該芯片以其體積小、功耗低、使用簡(jiǎn)單、接口容易、與單片機連線(xiàn)少為主要特點(diǎn)，同時(shí)具有較高的精度，能很好滿(mǎn)足微機測控系統的求。下面具體介紹該芯片的內部結構、工作特性、與51系列單片機接口設計實(shí)例以及如何利用虛擬I2C總線(xiàn)軟件包VIIC來(lái)設計實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片X1203的應用程序。

1 X1203內部結構和工作特性

X1203是帶時(shí)鐘、日歷和2個(gè)鬧鐘報警的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。雙端口時(shí)鐘和報警寄存器使時(shí)鐘即使在讀寫(xiě)操作期間也能精確地工作，時(shí)鐘/日歷提供了可通過(guò)一組寄存器進(jìn)行控制和讀出的功能；時(shí)鐘使用32.768kHz晶體輸入，以秒、分、時(shí)、日、星期、月和年為單位跟蹤時(shí)間，具有閏年校正，并能對小于31天的月自動(dòng)進(jìn)行調整；2個(gè)鬧鐘（報警）即中斷輸出，輸出脈沖重復率可以從1次/min～1次/年，支持I2C總線(xiàn)的2線(xiàn)接口，具有400kHz的數據傳送速率和內部切換電路的輔助電源輸入端，可靠性高，電源電壓從2.5～6V實(shí)時(shí)時(shí)鐘均能正常工作。

X1203的內部結構如圖1所示，由電源控制、振蕩器、分頻器、時(shí)鐘控制寄存器（CCR）、控制邏輯電路、移位寄存器等組成。

1.1 X1203的封裝形式和引腳說(shuō)明

X1203有8引腳SOIC和8引腳TSSOP 2種封裝形式，引腳排列如圖2所示。

    SCL：串行時(shí)鐘引腳，用于使所有數據隨時(shí)鐘同步輸入器件和從器件輸出。此引腳上的輸入緩沖器總是激活的（不選通）。

SDA：串行數據引腳，用于把數據送入器件和從器件送出數據。它具有漏極開(kāi)路的輸出，可以與其它漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路輸出端進(jìn)行線(xiàn)“或”。輸入緩沖器總是激活（不選通）。漏極開(kāi)路輸出要求使用上拉電阻。

VBACK：備用電源引腳，向器件提供備用電源電壓，在VCC電源出現故障時(shí)向器件提供電源。

IRQ：中斷信號輸出引腳。引信號通知處理器，報警已發(fā)生并請求動(dòng)作，是漏極開(kāi)路的低電平有效輸出端。

X1、X2：反向放大器的輸入和輸出端引腳，可以在X1端接受外部32.768kHz的方波基準或配置為片內振蕩器。

電源控制電路由引腳Vcc和引腳VBACK輸入，當Vcc<VBACK-0.2V時(shí)，電源控制電路切換到VBACK，當VCC超過(guò)VBACK時(shí)，它將切換回到VCC。{{分頁(yè)}}

1.2 時(shí)鐘/控制寄存器（CCR）

時(shí)鐘/控制寄存器（CCR）分為5個(gè)部分：

①報警寄存器0（Alarm0）為8字節，字節地址為0000H～0007H；

②報警寄存器1（Alarm1）為8字節，字節地址為0008H～000FH；

③控制寄存器（Control）為1字節，字節地址為0011H；

④實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）為8字節，字節地址為0030H～0037H；

⑤狀態(tài)寄存器（Status）為1字節，字節地址為0003FH；

其中①～③為非易失性的E2PROM，而④、⑤為易失性的SRAM。CCR的映像如表1所列。

表1 CCR映像

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）使用外部32.768kHz石英晶體來(lái)保持年、月、日、時(shí)、分和秒的精確的內部表示。RTC具有閏年校正和世紀字節。上電后，直到至少有1字節寫(xiě)入RTC寄存器時(shí)，時(shí)鐘才開(kāi)始計數。啟動(dòng)讀命令并指定對應于實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）寄存器的地址可以讀RTC，也可以通過(guò)寫(xiě)RTC寄存器來(lái)設置時(shí)間和日期。2個(gè)報警寄存器，其內容模仿RTC的內容，只是增加了使能位并去除了24小時(shí)時(shí)間選擇位。通過(guò)使能位和實(shí)時(shí)寄存器的設置，可以確定報警時(shí)間。

控制寄存器中位IM為方式控制位。

①I(mǎi)M=0（正常方式）。RTC與Alarm0寄存器設置的內容匹配時(shí)，將自動(dòng)置位狀態(tài)寄存器的AL0位。如果控制寄存器的AL0E位也為“1”，則輸出IRQ信號將變?yōu)橛行?；如果AL0E為“0”，則AL0位被置位，IRQ信號保持不變。RTC與Alarm1寄存器設置的內容匹配時(shí)自動(dòng)置位AL1位。如果AL1E也為“1”，則輸出IRQ信號將變?yōu)橛行?；如果AL1E為“0”，則AL1位被復位，IRQ信號保持不變。

②IM=1（脈沖中斷方式）。此方式不使用位AL0E和AL1E，Alarm1的工作如前，RTC與Alarm1寄存器設置的內容匹配時(shí)將自動(dòng)置位AL1位，機必須通過(guò)查詢(xún)AL1位以決定是否發(fā)生了報警。Alarm0提供輸出響應，RTC與Alarm0寄存器設置的內容匹配時(shí)，輸出IRQ脈沖1次，脈沖寬度約為30ms。所有的Alarm0寄存器使能選項均可使用，從而實(shí)現非常靈活的長(cháng)時(shí)間循環(huán)觸發(fā)器。

1.3 串行通信接口

X1203支持I2C總線(xiàn)接口。I2C總線(xiàn)是一個(gè)十分完善的多主系統總線(xiàn)，總線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)MCU，因此有4種工作方式：主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。下面介紹的單個(gè)MCU系統，只用到I2C總線(xiàn)的主方式，即主發(fā)送與主接收。目前，帶有I2C總線(xiàn)接口的MCU只有少數廠(chǎng)家的個(gè)別產(chǎn)品，運用單片機的通用I/O口來(lái)虛擬I2C總線(xiàn)接口，可以很好地解決與X01203的接口問(wèn)題。圖3為X1203與51系列單片機的接口。X1203的SCL為串行移位時(shí)鐘輸入，P3.6與SCL相連以產(chǎn)生模擬時(shí)鐘信號；SDA為串行數據輸入輸出，P2.7與SDA相連以實(shí)現主器件51系列單片機與從器件X1203的數據通信。

51系列單片機對X1203有讀寫(xiě)兩種操作。寫(xiě)操作包括字節寫(xiě)和頁(yè)寫(xiě)（1次寫(xiě)8字節連續地址單元），讀操作包括當前地址讀、隨機地址讀和順序讀。具體格式如圖4所示。順序讀以當前地址讀或隨機地址讀啟動(dòng)，但主器件接收到第1個(gè)數據字節后不是結束讀周期，而是以應答做出響應。這時(shí)讀操作的地址計數器自動(dòng)增量，允許在1次操作期間內順序讀出整個(gè)存儲的內容。{{分頁(yè)}}

2 運用虛擬I2C總線(xiàn)軟件包VIIC設計時(shí)鐘芯片X1203的應用程序

由于I2C總線(xiàn)協(xié)議的復雜性和操作管理的特殊性，在擴展I2C外圍器件時(shí)，如果還要在了解I2C總線(xiàn)協(xié)議、操作原理的基礎上，采用直接方式進(jìn)行I2C總線(xiàn)外圍器件的應用程序設計，就會(huì )使得I2C總線(xiàn)應用程序的設計難度很大，也使I2C總線(xiàn)推廣應用較慢。因此，迫切需要推出I2C總線(xiàn)的應用軟件平臺，使大家不必了解I2C總線(xiàn)就能設計I2C總線(xiàn)應用程序。下面介紹如何運用虛擬I2C總線(xiàn)軟件包VIIC 1.0來(lái)設計時(shí)鐘芯片X1203的應用程序。

軟件包VIIC實(shí)現非介入性操作，接口界面是軟件包應用時(shí)唯一的觸及面。VIIC1.0的接口界面為數據讀寫(xiě)子程序RDNBYT/WRNBYT，因此RDNBYT/WRNBYT的調用操作命令，以及滿(mǎn)足調用操作的初始化操作3的條命令為VIIC的應用界面，即：

MOV SLA，#SLAR/SLAW ；總線(xiàn)上節點(diǎn)尋址并確定傳送方向

MOV NUMBYT，#N ；確定傳送字節數N

LCALL RDNBYT/WRNBYT； 讀/寫(xiě)操作調用

2.1 設定時(shí)鐘芯片當前值

將時(shí)鐘芯片當前值設定為2002、3、20、星期三、18：28：38

①將VIIC1.0裝入程序存儲器中。

②根據硬件電路及資源分配，將VIIC1.0中的符號單元賦值如下：

VSDA EQU P3.7 ；用P3.7虛擬SDA

VSCL EQU P3.6 ；用P3.6虛擬SCL

SLA EQU 60H ；60H為尋址字節存放單元

NUMBYT EQU 61H ；61H為傳送字節數據存放單元

MTD EQU 40H ；40H為發(fā)送緩沖區首地址

MRT EQU 50H ；50H為接收緩沖區首地址

③設定時(shí)鐘芯片當前值子程序設計。設時(shí)鐘芯片當前值設定子程序名為SJSD。SJSD的程序清單如下：

VSDA EQU P3.7

VSCL EQU P3.6

SLA EQU 60H

NUMBYT EQU 61H

MTD EQU 40H

SJSD:MOV 40H,#00H ;將狀態(tài)寄存器的高位地址、

MOV 41H，#3FH ；低位地址以及要寫(xiě)入狀態(tài)

MOV 42H，#02H ；寄存器的值依次裝入發(fā)送緩沖區

MOV SLA，#0