51单片机控制实时时钟X1226的应用设计

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，日历可正确通过2099年，具有自动闰年修正。
    拥有强大的双报警功能，能够被设置到任何时钟／日历值上，精确度可到ls。可用软件设置1 Hz，4096 Hz或32768Hz中任意一个频率输出。
    该器件提供一个备份电源输入脚VBACK1允许器件用电池或大容量电容备份供电。许多电池类型能够用做Xicor公司实时时钟器件X1226的备份电池，3.OV或3.6V的锂离子电池较为适合，使用期限为10年。另外一种用法可选择一个大容量的电容，备份时间可持续几天至两个星期，时间的长短依赖于电容容量的大小。用一个简单的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引脚，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—O.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。

    振荡器所需晶体，采用外接32.768kHz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精度的影响。
    器件可提供4Kb的EEPROM，8块加锁控制。可用作大量用户数据存储的存储器，具有安全、保密性。这个存储器的数据在主电源和备用电源全都失效时不受影响。

1 电路组成及工作原理
    实时时钟器件X1226可与各种类型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。它是一个漏极开路输出，在使用过程中需要添加上拉电阻，阻值大约在4.7Ω～10kΩ之间。本文介绍89C5l单片机与X1226的接口方法，由于89C51单片机没有标准的I2C接口，只有用软件进行模拟。 
    为了更直观地看到时间变换，采用八位LED数码管显示年、月、日或时、分、秒的变换，LED数码管的驱动采用本公司自有产品PS7219A，数码管选择1.27cm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，无需添加监控器件，使用PS7219A的复位输出给51单片机复位即可，监控电压4.63V。硬件设计原理图如图1所示。 

    在硬件通电调试过程中，请不要用手去触摸实时时钟X1226的晶体，这样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)重新上电另外需要说明的是，测量振荡器时，请不要用示波器的探头去测量X2的振荡输出，正确的方法是用探头去测量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.lk Ω的上拉电阻。
    注意：在印刷电路设计时，xl226的布线请参考X1226数据手册的厂家推荐方法。

2 软件设计
    X1226由实时时钟寄存器(RTC)、状态寄存器(SR)、控制寄存器(CONTROL)、报警寄存器(Alarm0、Alarml)和客户数据存储器组成。由于实时时钟寄存器(RTC)和状态寄存器(SR)需要进行频繁的写操作，因此它的存储结构为易失性SRAM结构，该结构对写操作的次数没有限制。其它寄存器结构均为非易失性EEPROM结构，该结构对写操作有次数限制，通常在10万次以上。X1226初始化程序流程如图2所示。

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
    注：子程序YS4的作用是延时4μs。
2.1 写操作
    X1226初始化操作后，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。Xl226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。然后单片机通过产生一个停止条件来终止传送。
    Xl226具有连续写入功能，X1226在收到每个字节后，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，它自动的“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。
    写入Xl226数据子程序：

       MOV        R5，#8

SENDI：MOV        A，DATASE
       RLC        A
       MOV        DATASE，A
       MOV        SDA，C
       SEB        SCL
       LCALL      YS4
       CLR        SCL
       LCALL      YS4
       DJNZ       R5，SENDl
       RET
2.2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。Xl226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l，接着就是接收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：

       MOV       R5，#8
       MOV       DATARE，#0
       SETR      SDA
       CLR       C
READl：SETB      SCL
       LCALL     YS4

    MOV C,SDA
    CLR SCL
    MOV A，DATARE
    RLC A
    MOV DATARE，A
    LCALL YS4
    DJNZ R5，READl
    RET
2.2 X1 226独特的振荡器频率在线补偿调节功能
    Xicor公司在X1226芯片上集成了振荡器补偿电路，这使得用户通过软件，可在线对振荡器频率进行微调，这种对振荡器频率进行的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精度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(DTR)具有三位数字微调位，调节范围一30ppm~+30ppm。模拟微调寄存器(ATR)具有六个模拟微调位，调节范围+116ppm~-37ppm。

    为了能够对外界环境温度变化引起的温漂进行补偿， 要求系统中设计一个温度传感器，并尽量让它靠近实时时钟器件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。