單片機(jī)時(shí)鐘設(shè)計(jì)

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精度的影響。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，測量振蕩器時(shí)，不要用示波器的探頭去測量X2的振蕩輸出，應(yīng)該用探頭測量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，確認(rèn)后寫入06H，再確認(rèn)應(yīng)答信號。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。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，確認(rèn)后寫入06H，再確認(rèn)應(yīng)答信號。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。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，單片機(jī)即可設(shè)置停止條件。讀出X1226數(shù)據(jù)子程序:
MOV R5,#8

MOV DATARE,#0

SETB SDA

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振蕩器頻率進(jìn)行微調(diào)，這種微調(diào)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(jìn)行補(bǔ)償；第二種情況是對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?/p>

圖3

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)用場合，同時(shí)也降低了對晶體性能參數(shù)的要求

下面還為廣大讀者介紹一個(gè)程序：

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;; AT89C2051時(shí)鐘程序 ;;
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; 定時(shí)器T0、T1溢出周期為50MS，T0為秒計(jì)數(shù)用， T1為調(diào)整時(shí)閃爍用，
; P3.7為調(diào)整按鈕，P1口 為字符輸出口，采用共陽顯示管。
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;; 中斷入口程序 ;;
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ORG 0000H ;程序執(zhí)行開始地址
LJMP START ;跳到標(biāo)號START執(zhí)行
ORG 0003H ;外中斷0中斷程序入口
RETI ;外中斷0中斷返回
ORG 000BH ;定時(shí)器T0中斷程序入口
LJMP INTT0 ;跳至INTTO執(zhí)行
ORG 0013H ;外中斷1中斷程序入口
RETI ;外中斷1中斷返回
ORG 001BH ;定時(shí)器T1中斷程序入口
LJMP INTT1 ;跳至INTT1執(zhí)行
ORG 0023H ;串行中斷程序入口地址
RETI ;串行中斷程序返回
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;; 主 程 序 ;;
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START: MOV R0,#70H ;清70H-7AH共11個(gè)內(nèi)存單元
MOV R7,#0BH ;
CLEARDISP: MOV @R0,#00H ;
INC R0 ;
DJNZ R7,CLEARDISP ;
MOV 20H,#00H ;清20H（標(biāo)志用）
MOV 7AH,#0AH ;放入"熄滅符"數(shù)據(jù)
MOV TMOD,#11H ;設(shè)T0、T1為16位定時(shí)器
MOV TL0,#0B0H ;50MS定時(shí)初值（T0計(jì)時(shí)用）
MOV TH0,#3CH ;50MS定時(shí)初值
MOV TL1,#0B0H ;50MS定時(shí)初值（T1閃爍定時(shí)用）
MOV TH1,#3CH ;50MS定時(shí)初值
SETB EA ;總中斷開放
SETB ET0 ;允許T0中斷
SETB TR0 ;開啟T0定時(shí)器
MOV R4,#14H ;1秒定時(shí)用初值（50MS×20）
START1: LCALL DISPLAY ;調(diào)用顯示子程序
JNB P3.7,SETMM1 ;P3.7口為0時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)間調(diào)整程序
SJMP START1 ;P3.7口為1時(shí)跳回START1
SETMM1: LJMP SETMM ;轉(zhuǎn)到時(shí)間調(diào)整程序SETMM
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;; 1秒計(jì)時(shí)程序 ;;
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;T0中斷服務(wù)程序
INTT0: PUSH ACC ;累加器入棧保護(hù)
PUSH PSW ;狀態(tài)字入棧保護(hù)
CLR ET0 ;關(guān)T0中斷允許
CLR TR0 ;關(guān)閉定時(shí)器T0
MOV A,#0B7H ;中斷響應(yīng)時(shí)間同步修正
ADD A,TL0 ;低8位初值修正
MOV TL0,A ;重裝初值（低8位修正值）
MOV A,#3CH ;高8位初值修正
ADDC A,TH0 ;
MOV TH0,A ;重裝初值（高8位修正值）
SETB TR0 ;開啟定時(shí)器T0
DJNZ R4, OUTT0 ;20次中斷未到中斷退出
ADDSS: MOV R4,#14H ;20次中斷到（1秒）重賦初值
MOV R0,#71H ;指向秒計(jì)時(shí)單元（71H-72H）
ACALL ADD1 ;調(diào)用加1程序（加1秒操作）
MOV A,R3 ;秒數(shù)據(jù)放入A（R3為2位十進(jìn)制數(shù)組合）
CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志
CJNE A,#60H,ADDMM ;
ADDMM: JC OUTT0 ;小于60秒時(shí)中斷退出
ACALL CLR0 ;大于或等于60秒時(shí)對秒計(jì)時(shí)單元清0
MOV R0,#77H ;指向分計(jì)時(shí)單元（76H-77H）
ACALL ADD1 ;分計(jì)時(shí)單元加1分鐘
MOV A,R3 ;分?jǐn)?shù)據(jù)放入A
CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志
CJNE A,#60H,ADDHH ;
ADDHH: JC OUTT0 ;小于60分時(shí)中斷退出
ACALL CLR0 ;大于或等于60分時(shí)分計(jì)時(shí)單元清0
MOV R0,#79H ;指向小時(shí)計(jì)時(shí)單元（78H-79H）
ACALL ADD1 ;小時(shí)計(jì)時(shí)單元加1小時(shí)
MOV A,R3 ;時(shí)數(shù)據(jù)放入A
CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志
CJNE A,#24H,HOUR ;
HOUR: JC OUTT0 ;小于24小時(shí)中斷退出
ACALL CLR0 ;大于或等于24小時(shí)小時(shí)計(jì)時(shí)單元清0
OUTT0: MOV 72H,76H ;中斷退出時(shí)將分、時(shí)計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)移
MOV 73H,77H ;入對應(yīng)顯示單元
MOV 74H,78H ;
MOV 75H,79H ;
POP PSW ;恢復(fù)狀態(tài)字（出棧）
POP ACC ;恢復(fù)累加器
SETB ET0 ;開放T0中斷
RETI ;中斷返回
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;; 閃動(dòng)調(diào)時(shí) 程 序 ;;
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;T1中斷服務(wù)程序，用作時(shí)間調(diào)整時(shí)調(diào)整單元閃爍指示
INTT1: PUSH ACC ;中斷現(xiàn)場保護(hù)
PUSH PSW ;
MOV TL1, #0B0H ;裝定時(shí)器T1定時(shí)初值
MOV TH1, #3CH ;
DJNZ R2,INTT1OUT ;0.3秒未到退出中斷（50MS中斷6次）
MOV R2,#06H ;重裝0.3秒定時(shí)用初值
CPL 02H ;0.3秒定時(shí)到對閃爍標(biāo)志取反
JB 02H,FLASH1 ;02H位為1時(shí)顯示單元"熄滅"
MOV 72H,76H ;02H位為0時(shí)正常顯示
MOV 73H,77H ;
MOV 74H,78H ;
MOV 75H,79H ;
INTT1OUT: