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實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路在以單片機為核心構成的智能儀器儀表、測控系統、工業(yè)控制等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，但現有的時(shí)鐘電路存在著(zhù)外圍電路（如需外接晶振、電池）和接口電路（并行接口）復雜、功能單一等缺點(diǎn)。SD2001E則是在內部集成了實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、串行非易失性SRAM、可充電電池、晶振及電池管理電路的新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。該芯片與單片機的接口電路采用工業(yè)標準I2C總線(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了接口電路設計。利用該芯片無(wú)需擴展任何外圍元件，即可構成一個(gè)高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘及具有256Kb非易失性SRAM的數據存儲電路。 1 主要特性及引腳說(shuō)明 SD2001E時(shí)鐘芯片的主要特性如下： *年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的BCD碼輸入/輸出； *I2C總線(xiàn)接口（包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分和SRAM部分）； *自動(dòng)日歷到2099年（包括閏年自動(dòng)換算功能）； *內置晶振，出廠(chǎng)前已對時(shí)鐘進(jìn)行校準，保證精度為±4×10 -6，即時(shí)鐘年誤差小于2min； *低功耗，典型值為1.0μA（VDD=3.5V）； *工作電壓為3.0～5.5V（其中NVRAM在 4.5～5.5V工作）； *可設置的兩路鬧鐘輸出及32 768Hz～1Hz的方波信號輸出； *可設置的每分鐘固定中斷輸出或選定頻率固定中斷輸出； *內置充電電路和充電電池，充滿(mǎn)一次可保持內部時(shí)鐘走時(shí)時(shí)間超過(guò)1年以上，可滿(mǎn)充電次數達200次； *內置電源管理電路，當VDD≥3.0V，內部電池不耗電； *內置穩定電路及電池掉電檢測電路； *內置256Kb的非易失性SRAM，其擦寫(xiě)次數為100 億次，且沒(méi)有內部寫(xiě)延時(shí)。 SD2001E采用24腳DIP封裝形式。各引腳的功能如表1所列，其外形及引腳排列如圖1所示。 
表1 SD2001E引腳說(shuō)明
2 工作原理 SD2001E內部包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘與NVRAM兩部分，內部原理框圖如圖2所示。
2.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 SD2001E實(shí)時(shí)時(shí)鐘是基于I2C總線(xiàn)的器件，故對該器件的操作必須嚴格遵守總線(xiàn)時(shí)序。當CPU發(fā)出起始條件，建立與實(shí)時(shí)時(shí)鐘連接后，CPU通過(guò)SDA總線(xiàn)連續輸出4位器件地址、3位操作指令和1位讀/寫(xiě)指令，其格式如下：
實(shí)時(shí)時(shí)鐘器件的地址固定為“0110”，接下來(lái)的3位操作指令構成了對實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分的8條操作指令，具體指令含義如表2所列。 表2 SD2001E實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令表
CPU通過(guò)發(fā)送不同操作指令，選擇相應的寄存器從而完成相應的操作功能。SD2001E實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分共包括4個(gè)寄存器，分別分別如下： （1）實(shí)時(shí)數據寄存器 實(shí)時(shí)數據寄存器是一個(gè)56位的存儲器。它以BCD碼方式存儲，包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的數據，數據格式如圖3所示。任何讀/寫(xiě)操作或實(shí)時(shí)數據存取命令都通過(guò)發(fā)送或接收年數據的第一位“LBS”執行的。
*年數據（00～99）：設置最后兩位數字（00～99），通過(guò)自動(dòng)日歷功能計至2099年。 *月數據（01～12）：每月包含天數通過(guò)自動(dòng)日歷功能來(lái)更改。1、3、5、7、8、10、12為1～31；4、6、9、11為1～30；2（閏年）為1～29；2（普通）為1～28。 *天數（01～31）。 *星期數據（00～06）：七進(jìn)制計數器，對應于星期內每一天來(lái)設置。 *小時(shí)數據（00～23或00～11）：12小時(shí)進(jìn)制，0 為AM，1為PM；對于24小時(shí)進(jìn)制，這一位沒(méi)有意義，但必須設置為“0”或“1”。 *分數據（00～59）。 *秒數據（00～59）與測試標志。 *TEST：在測試模式變?yōu)椤?”。 （2）狀態(tài)寄存器 狀態(tài)寄存器是一個(gè)8位寄存器。該寄存器用來(lái)顯示和設置實(shí)時(shí)時(shí)鐘的工作模式，狀態(tài)寄存器格式如下。
Power：電源標志位，為只讀位。 12/24：設置12小時(shí)制或24小時(shí)制：0為12小時(shí)制；1為24小時(shí)制。 INT1AE：設置從INT1腳輸出的報警中斷的狀態(tài)。設定報警時(shí)間并設此位為“1”時(shí)INT1寄存器開(kāi)始有效，0：報警中斷輸出禁止；1：報警中斷輸出允許。 INT1ME：確定INT1腳的輸出為每分鐘邊沿中斷或每分鐘固定中斷。為了設為每分鐘固定中斷輸出，應將INT1ME和INT1FE置1。0：報警中斷或可選的頻率的固定中斷輸出；1：每分鐘邊沿中斷或每分鐘固定中斷輸出。 INT1FE：設定INT1腳的輸出為每分鐘固定中斷（周期1分鐘，占空比50%）或選定頻率的固定中斷。如果選定頻率固定中斷輸出被允許時(shí)，INT1寄存器被認為是頻率/事件的數據，0：報警中斷或每分鐘邊沿中斷輸出；1：每分鐘固定中斷輸出或選定頻率固定中斷輸出。 INT2AE、INT2ME、INT2FE位用于設置從 INT2腳輸出的報警中斷的狀態(tài)，各位含義同上。 （3）兩組報警時(shí)間/頻率事件設置寄存器 有兩組16位報警時(shí)間/頻率事件設置寄存器，用于設置報警時(shí)間或頻率事件，由INTxAE與INTxFE控制。設定的AM/PM標志位必須同12小時(shí)制或24小時(shí)制相對應，否則，設定的小時(shí)數將與報警數據不匹配。該寄存器為只寫(xiě)寄存器（x:1或2）。 INTxAE=1時(shí)，INT1和INT2寄存器被認為是報警時(shí)間數據，與實(shí)時(shí)數據寄存器中小時(shí)和分鐘寄存器設置相同。它們用BCD碼代表小時(shí)與分鐘。INT1寄存器內容如圖4（a）所示。 INTxFE=1時(shí)，INT1與INT2寄存器被視為是頻率事件數據（f0～f15位對應頻率為32 768～1Hz），對相應位置“1”，則對應頻率以“與”的方式輸出。INT1寄存器內容如圖4（b）所示。
2.2 非易失數據寄存器 SD2001E內部還具有256Kb的非易失性數據寄存器。該存儲器是一種性能優(yōu)良的可擦寫(xiě)100億次且無(wú)內部寫(xiě)延時(shí)的數據存儲器，可用于保存系統設置參數及采集的數據。 NVRAM的操作方式如下：首先，CPU發(fā)出開(kāi)始信號給 SD2001E，然后CPU發(fā)出包括4位控制代碼，1位讀/寫(xiě)指令的8位數據，即“從器件地址”，前4位稱(chēng)為“SRAM器件代碼”，固定為“1010”。接下來(lái)的3位在這里固定為“000”，從器件地址的最低位為讀寫(xiě)控制位，該位為“1”表示對從器件進(jìn)行讀操作，為“0”表示對從器件進(jìn)行寫(xiě)操作，接下來(lái)就可對SD2001E進(jìn)行讀寫(xiě)操作。寫(xiě)操作可分為單字節寫(xiě)操作和連續寫(xiě)操作。讀操作有三種操作方式：立即地址讀操作、同地址讀操作、連續讀操作。其操作過(guò)程和操作時(shí)序與I2C總線(xiàn)SRAM的讀寫(xiě)操作相同，這里不再詳述。 3 SD2001E在嵌入式系統中的應用 SD2001E可廣泛應用于智能儀器儀表系統、水/電/氣表等IC卡應用系統、數據采集系統、工業(yè)控制系統、測控系統、門(mén)禁系統、家用電器等嵌入式應用領(lǐng)域。利用SD2001E可為系統提供以下功能。 （1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷 SD2001E可為系統提供高精度的時(shí)鐘及日歷功能，以滿(mǎn)足具有定時(shí)數據采集、輸出控制、數據保存及定時(shí)報警等功能的嵌入式系統需要，同時(shí)也可為系統提供時(shí)間及日期顯示功能。 （2）數據保存 嵌入式系統一般均需要涉及到系統設置參數及采集數據保存的問(wèn)題。通常的做法是，通過(guò)擴展1片E2PROM芯片來(lái)保存設置參數及采集的數據，但E2PROM存在擦寫(xiě)壽命有限及數據存儲的可靠性不高等問(wèn)題；而利用 SD2001E片內32KB、擦寫(xiě)數為100億次的高性能NVRAM，則幾乎不用考慮存儲器的擦寫(xiě)壽命及數據存儲的可靠性問(wèn)題。因而，SD2001E為需頻繁讀寫(xiě)數據的應用領(lǐng)域提供了很好的解決方案。 （3）頻率輸出 對于需要固定頻率輸出或需要以ms或s為單位的定時(shí)應用領(lǐng)域，可以通過(guò)設置頻率事件數據給INT1寄存器，并置INT1ME位為“0”和INT1FE位為“1”。此時(shí)，從INT1引腳將輸出頻率為32 768Hz～1Hz的固定頻率，利用單片機的計數器或中斷次數軟件計數的方法可得到以ms或s為單位的任意時(shí)間輸出。 （4）定時(shí)輸出 當系統需要以分鐘為基本單位的定時(shí)輸出時(shí)（如采集周期固定的多路數據采集、巡回檢測系統等），可將SD2001E狀態(tài)寄存器的INT1ME位置為“1”，INT1FE位置為“0”，以選擇為每分鐘邊沿中斷輸出或將INT1ME、INT1FE位同時(shí)置“1”選擇為每分鐘固定中斷輸出。通過(guò)單片機的計數器或中斷次數軟件計數的方法，可得到以min為單位的任意時(shí)間輸出。 （5）定時(shí)報警 對于具有定時(shí)報警輸出要求的系統，可通過(guò)SD2001E的 INT1寄存器來(lái)設置報警時(shí)間（小時(shí)和分鐘數據），并將狀態(tài)寄存器中的INT1AE位置為“1”、INT1ME位及INT1FE位置為“0”來(lái)實(shí)現。需要指出的是SD2001E定時(shí)報警中斷為每天一或二次。對于需要用到長(cháng)時(shí)間定時(shí)的報警系統，如每月或每年一次的報警系統，可通過(guò)軟件編程的方法設定報警中斷的時(shí)間。 4 具體應用與軟件編程 下面以AT89C52單片機為例，給出SD2001E與單片機的典型接口電路。由于A(yíng)T89C52單片機沒(méi)有I2C總線(xiàn)接口，故這里使用AT89C52的P3.3、P3.4口線(xiàn)，來(lái)模擬I2C總線(xiàn)，其中SDA與 P3.4相連，SCL與P3.3相連。SD2001E內部SRAM的I2C總線(xiàn)接口SDAE與SDA并聯(lián)，SCLE與SCL并聯(lián)。此外，為了實(shí)現定時(shí)報警中斷輸出的功能，還將SD2001E INT1端與單片機的INT0外中斷端相連，具體的硬件連接電路如圖5所示。網(wǎng)絡(luò )補充版（http://www.dpj.com.cn）給出與上述硬件電路對應的子程序，包括SD2001E初始化子程序，實(shí)時(shí)時(shí)鐘數據讀、寫(xiě)子程序與INT1中斷輸出子程序。程序采用模擬I2C總線(xiàn)軟件包編制。 由于SD2001E高精度時(shí)鐘日歷芯片將可充電池、晶振充電電路及256Kb的NVRAM集成在了一起，又采用了簡(jiǎn)單的I2C總線(xiàn)接口，因而該器件無(wú)需擴展任何外圍元件就可構成一個(gè)功能完善的時(shí)鐘日歷電路，同時(shí)又可為系統提供一個(gè)容量為32KB的高性能非易失性數據存儲單元，故該器件是嵌入式系統時(shí)鐘電路的良好選擇。 參考文獻 1. 何立民 I2C 總線(xiàn)應用設計 2. 孟臣.李敏 高性能鐵電存儲器FM24C256及其在單片機中的應用 [期刊論文] -電子技術(shù)2003(1) 作 者：黑龍江八一農墾大學(xué) 李敏 孟臣 來(lái) 源：?jiǎn)纹瑱C與嵌入式系統應用2003（10） |
