基于IIC1.0的時鐘芯片應用程序設計

　　摘要：在對串行實時時鐘芯片X1203內(nèi)部結(jié)構(gòu)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口線虛擬I2C總線來實現(xiàn)與時鐘芯片的串行接口電路以及利用虛擬I2C總線軟件包VIIC設計時鐘芯片1203的應用程序。

　　關鍵詞：單片機 實時時鐘 虛擬I2C總線

　　實時時鐘是微機測控系統(tǒng)中的一個重要組成部分。美國Xicor公司推出的串行接口實時時鐘芯片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用電源。該芯片以其體積小、功耗低、使用簡單、接口容易、與單片機連線少為主要特點，同時具有較高的精度，能很好滿足微機測控系統(tǒng)的求。下面具體介紹該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作特性、與51系列單片機接口設計實例以及如何利用虛擬I2C總線軟件包VIIC來設計實時時鐘芯片X1203的應用程序。

1 X1203內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作特性

X1203是帶時鐘、日歷和2個鬧鐘報警的實時時鐘。雙端口時鐘和報警寄存器使時鐘即使在讀寫操作期間也能精確地工作，時鐘/日歷提供了可通過一組寄存器進行控制和讀出的功能；時鐘使用32.768kHz晶體輸入，以秒、分、時、日、星期、月和年為單位跟蹤時間，具有閏年校正，并能對小于31天的月自動進行調(diào)整；2個鬧鐘（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總線的2線接口，具有400kHz的數(shù)據(jù)傳送速率和內(nèi)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實時時鐘均能正常工作。

X1203的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，由電源控制、振蕩器、分頻器、時鐘控制寄存器（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：串行時鐘引腳，用于使所有數(shù)據(jù)隨時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(shù)據(jù)引腳，用于把數(shù)據(jù)送入器件和從器件送出數(shù)據(jù)。它具有漏極開路的輸出，可以與其它漏極開路或集電極開路輸出端進行線“或”。輸入緩沖器總是激活（不選通）。漏極開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(xiàn)故障時向器件提供電源。

IRQ：中斷信號輸出引腳。引信號通知處理器，報警已發(fā)生并請求動作，是漏極開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(nèi)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，電源控制電路切換到VBACK，當VCC超過VBACK時，它將切換回到VCC。{{分頁}}

1.2 時鐘/控制寄存器（CCR）

時鐘/控制寄存器（CCR）分為5個部分：

①報警寄存器0（Alarm0）為8字節(jié)，字節(jié)地址為0000H～0007H；

②報警寄存器1（Alarm1）為8字節(jié)，字節(jié)地址為0008H～000FH；

③控制寄存器（Control）為1字節(jié)，字節(jié)地址為0011H；

④實時時鐘（RTC）為8字節(jié)，字節(jié)地址為0030H～0037H；

⑤狀態(tài)寄存器（Status）為1字節(jié)，字節(jié)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

實時時鐘（RTC）使用外部32.768kHz石英晶體來保持年、月、日、時、分和秒的精確的內(nèi)部表示。RTC具有閏年校正和世紀字節(jié)。上電后，直到至少有1字節(jié)寫入RTC寄存器時，時鐘才開始計數(shù)。啟動讀命令并指定對應于實時時鐘（RTC）寄存器的地址可以讀RTC，也可以通過寫RTC寄存器來設置時間和日期。2個報警寄存器，其內(nèi)容模仿RTC的內(nèi)容，只是增加了使能位并去除了24小時時間選擇位。通過使能位和實時寄存器的設置，可以確定報警時間。

控制寄存器中位IM為方式控制位。

①IM=0（正常方式）。RTC與Alarm0寄存器設置的內(nèi)容匹配時，將自動置位狀態(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(nèi)容匹配時自動置位AL1位。如果AL1E也為“1”，則輸出IRQ信號將變?yōu)橛行В蝗绻鸄L1E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(nèi)容匹配時將自動置位AL1位，機必須通過查詢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(nèi)容匹配時，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，從而實現(xiàn)非常靈活的長時間循環(huán)觸發(fā)器。

1.3 串行通信接口

X1203支持I2C總線接口。I2C總線是一個十分完善的多主系統(tǒng)總線，總線上可以掛接多個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MCU系統(tǒng)，只用到I2C總線的主方式，即主發(fā)送與主接收。目前，帶有I2C總線接口的MCU只有少數(shù)廠家的個別產(chǎn)品，運用單片機的通用I/O口來虛擬I2C總線接口，可以很好地解決與X01203的接口問題。圖3為X1203與51系列單片機的接口。X1203的SCL為串行移位時鐘輸入，P3.6與SCL相連以產(chǎn)生模擬時鐘信號；SDA為串行數(shù)據(jù)輸入輸出，P2.7與SDA相連以實現(xiàn)主器件51系列單片機與從器件X1203的數(shù)據(jù)通信。

51系列單片機對X1203有讀寫兩種操作。寫操作包括字節(jié)寫和頁寫（1次寫8字節(jié)連續(xù)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，但主器件接收到第1個數(shù)據(jù)字節(jié)后不是結(jié)束讀周期，而是以應答做出響應。這時讀操作的地址計數(shù)器自動增量，允許在1次操作期間內(nèi)順序讀出整個存儲的內(nèi)容。{{分頁}}

2 運用虛擬I2C總線軟件包VIIC設計時鐘芯片X1203的應用程序

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

軟件包VIIC實現(xiàn)非介入性操作，接口界面是軟件包應用時唯一的觸及面。VIIC1.0的接口界面為數(shù)據(jù)讀寫子程序RDNBYT/WRNBYT，因此RDNBYT/WRNBYT的調(diào)用操作命令，以及滿足調(diào)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 ；總線上節(jié)點尋址并確定傳送方向

MOV NUMBYT，#N ；確定傳送字節(jié)數(shù)N

LCALL RDNBYT/WRNBYT； 讀/寫操作調(diào)用

2.1 設定時鐘芯片當前值

將時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(jù)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(jié)存放單元

NUMBYT EQU 61H ；61H為傳送字節(jié)數(shù)據(jù)存放單元

MTD EQU 40H ；40H為發(fā)送緩沖區(qū)首地址

MRT EQU 50H ；50H為接收緩沖區(qū)首地址

③設定時鐘芯片當前值子程序設計。設時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 ；低位地址以及要寫入狀態(tài)

MOV 42H，#02H ；寄存器的值依次裝入發(fā)送緩沖區(qū)

MOV SLA，#0