单片机控制实时时钟X1226的设计

单片机控制实时时钟X1226的设计

武汉力源信息技术服务有限公司 水清

引言

X1226具有时钟和日历的功能，时钟依赖时、分、秒寄存器来跟踪，日历依赖日期、星期、月和年寄存器来跟踪，日历可正确显示至2099年，并具有自动闰年修正功能。拥有强大的双报警功能，能够被设置到任何时钟/日历值上，度可到1秒。可用软件设置1Hz、4096Hz或32768Hz中任意一个频率输出。

X1226提供一个备份电源输入脚VBACK，允许器件用电池或大容量电容进行备份供电。采用电容供电时，用一个硅或肖特基二极管连接到Vcc和充电电容的两端，充电电容连接到Vback管脚，注意不能使用二极管对电池充电(特别是锂离子电池)。切换到电池供电的条件是Vcc=Vback-0.1V，正常操作期间，供电电压Vcc必须高于电池电压，否则电池电量将逐步耗尽。振荡器采用外接32.768kH的晶体，产生的振荡误差可通过软件对数字微调寄存器、模拟微调寄存器的数值进行调节加以修正，避免了外接电阻和电容的离散性对的影响。4Kb的EEPROM可用于存储户数据。

电路组成及工作原理

X1226可与各种类型的的微控制器或微处理器接口，接口方式为串行的I2C接口。其中数据总线SDA是一个双向引脚，用于输入或输出数据。其漏极开路输出在使用过程中需要添加4.7～10kΩ的上拉电阻。本文介绍89C51单片机与X1226的接口方法，由于89C51单片机没有标准的I2C接口，只能用软件进行模拟。

为了更直观地看到时间的变化，采用8位LED数码管显示年、月、日或时、分、秒，用PS7219A驱动LED数码管，数码管选择0.5英寸共阴极红色或绿色LED数码管。由于PS7219A器件内含IMP810单片机监控器件，复位输出高电平有效，因此在使用51系统时，无须添加监控器件，使用PS7219A的复位输出给51单片机复位即可，监控电压为4.63V。硬件设计原理图如图1所示。

在硬件通电调试过程中，不能用手去触摸X1226的晶体振荡器，否则可能会导致振荡器停振，恢复振荡器起振的方法是关闭电源(包括备份电源)后重新上电。另外需要说明的是，测量振荡器时，不要用示波器的探头去测量X2的振荡输出，应该用探头测量PHZ/IRQ的振荡输出，以确定是否起振和振荡频率是否准确，测量时建议在该脚加一个5.1kΩ的上拉电阻。

软件设计

X1226内含实时时钟寄存器(RTC)、状态寄存器(SR)、控制寄存器(CONTROL)、报警寄存器(Alarm0、Alarm1)和客户存储数据的存储器。由于实时时钟寄存器和状态寄存器需要进行频繁的写操作，因此其存储结构为易失性SRAM结构。其他寄存器均为EEPROM结构，写操作次数通常在10万次以上。X1226初始化程序框图如图2所示，子程序YS4的作用是延时4μs。

启动条件子程序：SETB SDA
LCALL YS4
SETB SCL
LCALL YS4
CLR SDA
LCALL YS4
CLR SCL
LCALL YS4
RET
停止条件子程序：CLR SDA
LCALL YS4
SETB SCL
LCALL YS4
SETB SDA
RET

写操作

X1226初始化之后，单片机对X1226进行开始条件的设置，在写CCR或EEPROM之前，主机必须先向状态寄存器写02H，确认应答信号，确认后写入06H，再确认应答信号。确认后启动了写操作，首先发送高位地址，然后发送低位地址。X1226每收到一个地址字节后，均会产生一个应答信号。在两个地址字节都收到之后，X1226等待8位数据。在收到8位数据之后，X1226再产生一个应答，然后单片机产生一个停止条件来终止传送。

---X1226具有连续写入的功能，每收到1字节后，响应一个应答，其内部将地址加一。当计数器达到该页的末尾时，就自动返回到该页的首地址。这意味着单片机可从某一页的任何位置开始向存储器阵列连续写入64字节，或向CCR连续写入8字节的数据。

写入X1226数据子程序: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

读操作

在上电时，16位地址的默认值为0000H。X1226初始化操作之后，单片机对X1226进行开始条件的设置，在写CCR或EEPROM之前，主机必须先向状态寄存器写02H，确认应答信号，确认后写入06H，再确认应答信号。确认后启动了写操作，首先发送高位地址，然后发送低位地址。X1226每收到一个地址字节后，均会产生一个应答信号。单片机发送另一个开始条件，将R/W位设置为1，接着接受8位数据。单片机终止读操作时，无需等待X1226的应答信号，单片机即可设置停止条件。

读出X1226数据子程序: MOVR5,#8
MOVDATARE,#0
SETBSDA
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

振荡器频率在线补偿调节

X1226集成了振荡器补偿电路，用户可通过软件在线对振荡器频率进行微调，这种微调通常针对两种情况。一种情况是在25℃常温下，对振荡器因器件初始带来的频率偏差进行补偿；第二种情况是对因温度引起的频率漂移进行补偿。X1226内部设有数字微调寄存器(DTR)和模拟微调寄存器(ATR)，两个寄存器均为非易失性寄存器。数字微调寄存器具有3位数字微调位，调节范围为-30～+30×10-6。模拟微调寄存器具有6个模拟微调位，调节范围为-37～+116×10-6。

对于因外界环境温度变化引起的温漂补偿，要依据晶体的温度系数，在存储器中建立补偿参数表，不同厂家晶体的温度系数是不一样的，应根据产品数据手册进行选择。

为了能够对温漂进行补偿，要求系统中设置一个温度传感器，并尽量让它靠近X1226，这样可以真实地反映振荡器的温度，原理图如图3所示。单片机首先通过系统温度传感器获取环境温度，并在补偿参数表中获取对应的补偿值，然后将补偿数据填写到相应的微调寄存器中，就能实现温漂补偿的目的。
---由于X1226具有精密的振荡器补偿功能，因此非常适合于环境温度变化较大的应用场合，同时也降低了对晶体性能参数的要求。