時鐘芯片SD2200ELP與AVR單片機的接口設(shè)計

在提升機制動閘瓦間隙實時在線檢測的設(shè)計中，需要保存故障時間和故障數(shù)據(jù)。大部分儀器儀表中都要使用時鐘芯片，但是很多的實時時鐘芯片(如PCF8563)沒有掉電保護，須外接晶振和電池，比較麻煩。而深圳興威帆電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SD2200ELP是內(nèi)置32 KBE2PROM的串行實時時鐘芯片，不需要外接器件支持，連線簡單、可靠，提供的數(shù)據(jù)精確，斷電后也能繼續(xù)工作。微控制器采用Atmel公司的ATmegal6單片機，利用AT-megai6的硬件TWI接口可直接對SD2200ELP進行操作，無需軟件模擬I2C方式，使用方便、可靠。

1 SD2200L簡介
SD2200L系列(包括SD2200B/C/D/E/FLP)是一種具有內(nèi)置晶振、支持I2C總線的高精度實時時鐘芯片。SD2200ELP是SD2200L系列中的一種，該芯片可保證時鐘精度為5ppm(在-10～50℃下)，即年誤差小于2．5min。芯片內(nèi)置時鐘精度調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)校正時鐘的偏差；內(nèi)置32KB串行非易失性E2PROM；可在3．0～5．5V下工作，擦寫次數(shù)可達100萬次，數(shù)據(jù)保存時間為十年；內(nèi)置一次性電池，可保證在外部掉電情況下時鐘使用壽命超過五年。SD2200L系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。

2 硬件設(shè)計
SD2200ELP既有實時芯片的功能，又可以存儲數(shù)據(jù)到內(nèi)置E2PRROM中。因為SD2200ELP是I2C總線接口方式，所以其硬件接口設(shè)計非常簡單，可以大大簡化單片機外圍器件。AVR的TWI總線實質(zhì)上就是I2C總線，只是名稱不一樣。圖2中INTl腳為SD2200ELP的定時中斷輸出，與ATmegal6的外部中斷INTl相連接(INTl配置為下降滑觸發(fā)方式)，SDA、SCL為兩線式串行引腳，分別與ATmegal6的TWl(PCl、PCO)相連。

3 軟件設(shè)計
如果外圍器件是I2C接口類型，而單片機沒有I2C接口，那么必須用軟件模擬的方式來實現(xiàn)。AVR單片機功能很強，它帶有TWI接口，可以直接利用ATmegal6的硬件I2C接口來對外圍I2C器件進行操作，非常方便、有效。這樣可以節(jié)省模擬I2C程序，為用戶編程省去很多麻煩。下面是使用ATmegal6對內(nèi)置E2PROM的實時時鐘芯片SD2200ELP讀／寫的程序設(shè)計，均是在ICCAVR開發(fā)環(huán)境下編寫。

3．1 ATrnegal6的TWI總線接口
兩線接口TWI很適合于典型的處理器應(yīng)用。TWI協(xié)議允許系統(tǒng)設(shè)計者只用兩根雙向傳輸線就可以將128個不同的設(shè)備互連到一起。這兩根線是時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA。外部硬件只需2個上拉電阻，每根線上1個。所有連接到總線上的設(shè)備都有自己的地址。TWI協(xié)議解決了總線仲裁的問題，TWI總線的連接如圖3所示。

TWI總線可以工作于4種不同的模式：主機發(fā)送器(MT)、主機接收器(MR)、從機發(fā)送器(ST)以及從機接收器(SR)。在后面將介紹的連續(xù)讀E2PROM操作中就使用了MT和MR模式。

3．2 實時時鐘讀取
實時時鐘操作指令格式如下：

其中高4位稱為“器件代碼”，它代表實時時鐘的器件地址，固定為“0110”。C2、C1、C0構(gòu)成對實時時鐘操作的8條指令。
實時數(shù)據(jù)寄存器是一個56位的存儲器，它以BCD碼方式存儲，包括年、月、日、星期、時、分、秒的數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)的讀／寫操作都通過發(fā)送或接收年(實時數(shù)據(jù)讀寫方式1)數(shù)據(jù)的第一位“LSB”開始執(zhí)行的。

3.3 E2PROM的讀／寫
SD2200ELP的E2PROM操作指令與實時時鐘的器件代碼是不一樣的。當CPU要對SD12200L中的E2PROM進行操作時，首先發(fā)出開始信號給SD2200L，然后CPU發(fā)出包括4位器件代碼10lO、3位頁選碼000、1位讀／寫指令的8位數(shù)據(jù)(即“從器件地址”)。一位讀／寫指令表明進行何種操作(讀操作為1，寫操作為O)。其格式如下：

3.3.1 對E2PROM的頁寫操作
寫操作可分為：單字節(jié)寫操作和頁寫操作。單字節(jié)寫操作指每次只寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)；頁寫操作指一次可以寫入多個字節(jié)的數(shù)據(jù)。值得注意的是，SD2200L是一個系列，不同類型對應(yīng)著不同數(shù)量的E2PROM。例如在頁寫操作下，SD2200ELP單個寫周期內(nèi)E2PROM可以被寫入64字節(jié)的數(shù)據(jù)。在某監(jiān)測儀器應(yīng)用中，需要保存故障值和故障發(fā)生時間，故采用頁寫方式。頁寫E2PROM程序流程圖如圖4所示。

3．3. 2 對E2PROM連續(xù)讀操作
讀操作有3種方式：立即地址讀操作、隨機地址讀操作和連續(xù)讀操作。ATmegal6為完成從SD2200ELP內(nèi)置串行E2PROM中讀取數(shù)據(jù)，必須將幾種TWI模式組合起來。由于內(nèi)置E2PPROM的存儲容量大小不同，因此在進行讀操作時，其操作方式有所不同。在查詢故障值和故障時間時，需要讀出保存在E2PRoM的數(shù)據(jù)，故采用連續(xù)讀操作。與頁寫操作類似，SD2200ELP最多連續(xù)讀64字節(jié)的數(shù)據(jù)。連續(xù)讀操作程序流程圖如圖5所示。

讀/寫E2PROM需用到的5個公用函數(shù)：

4 總結(jié)
SD2200ELP可以方便地結(jié)合AVR單片機的TWI總線實現(xiàn)日期顯示功能。并且因其內(nèi)置32 KBE2PROM，可以保存時間和相應(yīng)數(shù)據(jù)；具有電路簡單、占用資源少、程序簡潔、調(diào)試方便、功耗低等特點。經(jīng)過實際的現(xiàn)場運行證實了該設(shè)計方法是可靠、有效的。對本文的設(shè)計方案和程序稍加修改后，可以用在各種需要此功能的數(shù)字控制和監(jiān)控檢測系統(tǒng)中。(具體程序見網(wǎng)站W(wǎng)WW．mesnet.com．cn――編者注)