單片機(jī)時(shí)鐘設(shè)計(jì)詳細(xì)教程

X1226具有時(shí)鐘和日歷的功能，時(shí)鐘依賴時(shí)、分、秒寄存器來跟蹤，日歷依賴日期、星期、月和年寄存器來跟蹤，日歷可正確顯示至2099年，并具有自動(dòng)閏年修正功能。擁有強(qiáng)大的雙報(bào)警功能，能夠被設(shè)置到任何時(shí)鐘/日歷值上，精確度可到1秒。可用軟件設(shè)置1Hz、4096Hz或32768Hz中任意一個(gè)頻率輸出。

X1226提供一個(gè)備份電源輸入腳VBACK，允許器件用電池或大容量電容進(jìn)行備份供電。采用電容供電時(shí)，用一個(gè)硅或肖特基二極管連接到Vcc和充電電容的兩端，充電電容連接到Vback管腳，注意不能使用二極管對電池充電（特別是鋰離子電池）。切換到電池供電的條件是Vcc=Vback-0.1V，正常操作期間，供電電壓Vcc必須高于電池電壓，否則電池電量將逐步耗盡。振蕩器采用外接32.768kH的晶體，產(chǎn)生的振蕩誤差可通過軟件對數(shù)字微調(diào)寄存器、模擬微調(diào)寄存器的數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)加以修正，避免了外接電阻和電容的離散性對精度的影響。4Kb的EEPROM可用于存儲戶數(shù)據(jù)。

電路組成及工作原理

X1226可與各種類型的的微控制器或微處理器接口，接口方式為串行的I2C接口。其中數(shù)據(jù)總線SDA是一個(gè)雙向引腳，用于輸入或輸出數(shù)據(jù)。其漏極開路輸出在使用過程中需要添加4.7～10kΩ的上拉電阻。本文介紹89C51單片機(jī)與X1226的接口方法，由于89C51單片機(jī)沒有標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口，只能用軟件進(jìn)行模擬。

圖1

為了更直觀地看到時(shí)間的變化，采用8位LED數(shù)碼管顯示年、月、日或時(shí)、分、秒，用PS7219A驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，數(shù)碼管選擇0.5英寸共陰極紅色或綠色LED數(shù)碼管。由于PS7219A器件內(nèi)含IMP810單片機(jī)監(jiān)控器件，復(fù)位輸出高電平有效，因此在使用51系統(tǒng)時(shí)，無須添加監(jiān)控器件，使用PS7219A的復(fù)位輸出給51單片機(jī)復(fù)位即可，監(jiān)控電壓為4.63V。硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

在硬件通電調(diào)試過程中，不能用手去觸摸X1226的晶體振蕩器，否則可能會導(dǎo)致振蕩器停振，恢復(fù)振蕩器起振的方法是關(guān)閉電源（包括備份電源）后重新上電。另外需要說明的是，測量振蕩器時(shí)，不要用示波器的探頭去測量X2的振蕩輸出，應(yīng)該用探頭測量PHZ/IRQ的振蕩輸出，以確定是否起振和振蕩頻率是否準(zhǔn)確，測量時(shí)建議在該腳加一個(gè)5.1kΩ的上拉電阻。

軟件設(shè)計(jì)

X1226內(nèi)含實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器（RTC）、狀態(tài)寄存器（SR）、控制寄存器（CONTROL）、報(bào)警寄存器（Alarm0、Alarm1）和客戶存儲數(shù)據(jù)的存儲器。由于實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器和狀態(tài)寄存器需要進(jìn)行頻繁的寫操作，因此其存儲結(jié)構(gòu)為易失性SRAM結(jié)構(gòu)。其他寄存器均為EEPROM結(jié)構(gòu)，寫操作次數(shù)通常在10萬次以上。X1226初始化程序框圖如圖2所示，子程序YS4的作用是延時(shí)4μs。

圖2

● 寫操作

X1226初始化之后，單片機(jī)對X1226進(jìn)行開始條件的設(shè)置，在寫CCR或EEPROM之前，主機(jī)必須先向狀態(tài)寄存器寫02H，確認(rèn)應(yīng)答信號，確認(rèn)后寫入06H，再確認(rèn)應(yīng)答信號。確認(rèn)后啟動(dòng)了寫操作，首先發(fā)送高位地

址，然后發(fā)送低位地址。X1226每收到一個(gè)地址字節(jié)后，均會產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號。在兩個(gè)地址字節(jié)都收到之后，X1226等待8位數(shù)據(jù)。在收到8位數(shù)據(jù)之后，X1226再產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答，然后單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止條件來終止傳送。

X1226具有連續(xù)寫入的功能，每收到1字節(jié)后，響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答，其內(nèi)部將地址加一。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到該頁的末尾時(shí)，就自動(dòng)返回到該頁的首地址。這意味著單片機(jī)可從某一頁的任何位置開始向存儲器陣列連續(xù)寫入64字節(jié)，或向CCR連續(xù)寫入8字節(jié)的數(shù)據(jù)。寫入X1226數(shù)據(jù)子程序：

● 讀操作

在上電時(shí)，16位地址的默認(rèn)值為0000H。X1226初始化操作之后，單片機(jī)對X1226進(jìn)行開始條件的設(shè)置，在寫CCR或EEPROM之前，主機(jī)必須先向狀態(tài)寄存器寫02H，確認(rèn)應(yīng)答信號，確認(rèn)后寫入06H，再確認(rèn)應(yīng)答信號。確認(rèn)后啟動(dòng)了寫操作，首先發(fā)送高位地址，然后發(fā)送低位地址。X1226每收到一個(gè)地址字節(jié)后，均會產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號。單片機(jī)發(fā)送另一個(gè)開始條件，將R/W位設(shè)置為1，接著接受8位數(shù)據(jù)。單片機(jī)終止讀操作時(shí)，無需等待X1226的應(yīng)答信號，單片機(jī)即可設(shè)置停止條件。讀出X1226數(shù)據(jù)子程序：

● 振蕩器頻率在線補(bǔ)償調(diào)節(jié)

X1226集成了振蕩器補(bǔ)償電路，用戶可通過軟件在線對振蕩器頻率進(jìn)行微調(diào)，這種微調(diào)通常針對兩種情況。一種情況是在25℃常溫下，對振蕩器因器件初始精度帶來的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償；第二種情況是對因溫度引起的頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。X1226內(nèi)部設(shè)有數(shù)字微調(diào)寄存器（DTR）和模擬微調(diào)寄存器（ATR），兩個(gè)寄存器均為非易失性寄存器。數(shù)字微調(diào)寄存器具有3位數(shù)字微調(diào)位，調(diào)節(jié)范圍為-30～+30×10-6。模擬微調(diào)寄存器具有6個(gè)模擬微調(diào)位，調(diào)節(jié)范圍為-37～+116×10-6。

對于因外界環(huán)境溫度變化引起的溫漂補(bǔ)償，要依據(jù)晶體的溫度系數(shù)，在存儲器中建立補(bǔ)償參數(shù)表，不同廠家晶體的溫度系數(shù)是不一樣的，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊進(jìn)行選擇。

為了能夠?qū)仄M(jìn)行補(bǔ)償，要求系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，并盡量讓它靠近X1226，這樣可以真實(shí)地反映振蕩器的溫度，原理圖如圖3所示。單片機(jī)首先通過系統(tǒng)溫度傳感器獲取環(huán)境溫度，并在補(bǔ)償參數(shù)表中獲取對應(yīng)的補(bǔ)償值，然后將補(bǔ)償數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)的微調(diào)寄存器中，就能實(shí)現(xiàn)溫漂補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

圖3

由于X1226具有精密的振蕩器補(bǔ)償功能，因此非常適合于環(huán)境溫度變化較大的應(yīng)用場合，同時(shí)也降低了對晶體性能參數(shù)的要求

下面還為廣大讀者介紹一個(gè)程序：

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;; AT89C2051時(shí)鐘程序 ;;

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; 定時(shí)器T0、T1溢出周期為50MS，T0為秒計(jì)數(shù)用， T1為調(diào)整時(shí)閃爍用，

; P3.7為調(diào)整按鈕，P1口 為字符輸出口，采用共陽顯示管。

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;; 中斷入口程序 ;;

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ORG 0000H ;程序執(zhí)行開始地址

LJMP START ;跳到標(biāo)號START執(zhí)行

ORG 0003H ;外中斷0中斷程序入口

RETI ;外中斷0中斷返回

ORG 000BH ;定時(shí)器T0中斷程序入口

LJMP INTT0 ;跳至INTTO執(zhí)行

ORG 0013H ;外中斷1中斷程序入口

RETI ;外中斷1中斷返回

ORG 001BH ;定時(shí)器T1中斷程序入口

LJMP INTT1 ;跳至INTT1執(zhí)行

ORG 0023H ;串行中斷程序入口地址

RETI ;串行中斷程序返回

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;; 主 程 序 ;;

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START： MOV R0，#70H ;清70H-7AH共11個(gè)內(nèi)存單元

MOV R7，#0BH ;

CLEARDISP： MOV @R0，#00H ;

INC R0 ;

DJNZ R7，CLEARDISP ;

MOV 20H，#00H ;清20H（標(biāo)志用）

MOV 7AH，#0AH ;放入“熄滅符”數(shù)據(jù)

MOV TMOD，#11H ;設(shè)T0、T1為16位定時(shí)器

MOV TL0，#0B0H ;50MS定時(shí)初值（T0計(jì)時(shí)用）

MOV TH0，#3CH ;50MS定時(shí)初值

MOV TL1，#0B0H ;50MS定時(shí)初值（T1閃爍定時(shí)用）

MOV TH1，#3CH ;50MS定時(shí)初值

SETB EA ;總中斷開放

SETB ET0 ;允許T0中斷

SETB TR0 ;開啟T0定時(shí)器

MOV R4，#14H ;1秒定時(shí)用初值（50MS×20）

START1： LCALL DISPLAY ;調(diào)用顯示子程序

JNB P3.7，SETMM1 ;P3.7口為0時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)間調(diào)整程序

SJMP START1 ;P3.7口為1時(shí)跳回START1

SETMM1： LJMP SETMM ;轉(zhuǎn)到時(shí)間調(diào)整程序SETMM

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;; 1秒計(jì)時(shí)程序 ;;

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;T0中斷服務(wù)程序

INTT0： PUSH ACC ;累加器入棧保護(hù)

PUSH PSW ;狀態(tài)字入棧保護(hù)

CLR ET0 ;關(guān)T0中斷允許

CLR TR0 ;關(guān)閉定時(shí)器T0

MOV A，#0B7H ;中斷響應(yīng)時(shí)間同步修正

ADD A，TL0 ;低8位初值修正

MOV TL0，A ;重裝初值（低8位修正值）

MOV A，#3CH ;高8位初值修正

ADDC A，TH0 ;

MOV TH0，A ;重裝初值（高8位修正值）

SETB TR0 ;開啟定時(shí)器T0

DJNZ R4， OUTT0 ;20次中斷未到中斷退出

ADDSS： MOV R4，#14H ;20次中斷到（1秒）重賦初值

MOV R0，#71H ;指向秒計(jì)時(shí)單元（71H-72H）

ACALL ADD1 ;調(diào)用加1程序（加1秒操作）

MOV A，R3 ;秒數(shù)據(jù)放入A（R3為2位十進(jìn)制數(shù)組合）

CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志

CJNE A，#60H，ADDMM ;

ADDMM： JC OUTT0 ;小于60秒時(shí)中斷退出

ACALL CLR0 ;大于或等于60秒時(shí)對秒計(jì)時(shí)單元清0

MOV R0，#77H ;指向分計(jì)時(shí)單元（76H-77H）

ACALL ADD1 ;分計(jì)時(shí)單元加1分鐘

MOV A，R3 ;分?jǐn)?shù)據(jù)放入A

CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志

CJNE A，#60H，ADDHH ;

ADDHH： JC OUTT0 ;小于60分時(shí)中斷退出

ACALL CLR0 ;大于或等于60分時(shí)分計(jì)時(shí)單元清0

MOV R0，#79H ;指向小時(shí)計(jì)時(shí)單元（78H-79H）

ACALL ADD1 ;小時(shí)計(jì)時(shí)單元加1小時(shí)

MOV A，R3 ;時(shí)數(shù)據(jù)放入A

CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志

CJNE A，#24H，HOUR ;

HOUR： JC OUTT0 ;小于24小時(shí)中斷退出

ACALL CLR0 ;大于或等于24小時(shí)小時(shí)計(jì)時(shí)單元清0

OUTT0： MOV 72H，76H ;中斷退出時(shí)將分、時(shí)計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)移

MOV 73H，77H ;入對應(yīng)顯示單元

MOV 74H，78H ;

MOV 75H，79H ;

POP PSW ;恢復(fù)狀態(tài)字（出棧）

POP ACC ;恢復(fù)累加器

SETB ET0 ;開放T0中斷

RETI ;中斷返回

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;; 閃動(dòng)調(diào)時(shí) 程 序 ;;

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;T1中斷服務(wù)程序，用作時(shí)間調(diào)整時(shí)調(diào)整單元閃爍指示

INTT1： PUSH ACC ;中斷現(xiàn)場保護(hù)

PUSH PSW ;

MOV TL1， #0B0H ;裝定時(shí)器T1定時(shí)初值

MOV TH1， #3CH ;

DJNZ R2，INTT1OUT ;0.3秒未到退出中斷（50MS中斷6次）

MOV R2，#06H ;重裝0.3秒定時(shí)用初值

CPL 02H ;0.3秒定時(shí)到對閃爍標(biāo)志取反

JB 02H，F(xiàn)LASH1 ;02H位為1時(shí)顯示單元“熄滅”

MOV 72H，76H ;02H位為0時(shí)正常顯示

MOV 73H，77H ;

MOV 74H，78H ;

MOV 75H，79H ;

INTT1OUT：

POP PSW ;恢復(fù)現(xiàn)場

POP ACC ;

RETI ;中斷退出

FLASH1： JB 01H，F(xiàn)LASH2 ;01H位為1時(shí)，轉(zhuǎn)小時(shí)熄滅控制

MOV 72H，7AH ;01H位為0時(shí)，“熄滅符”數(shù)據(jù)放入分

MOV 73H，7AH ;顯示單元（72H-73H），將不顯示分?jǐn)?shù)據(jù)

MOV 74H，78H ;

MOV 75H，79H ;

AJMP INTT1OUT ;轉(zhuǎn)中斷退出

FLASH2： MOV 72H，76H ;01H位為1時(shí)，“熄滅符”數(shù)據(jù)放入小時(shí)

MOV 73H，77H ;顯示單元（74H-75H），小時(shí)數(shù)據(jù)將不顯示

MOV 74H，7AH ;

MOV 75H，7AH ;

AJMP INTT1OUT ;轉(zhuǎn)中斷退出

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;; 加1子 程 序 ;;

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ADD1： MOV A，@R0 ;取當(dāng)前計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)到A

DEC R0 ;指向前一地址

SWAP A ;A中數(shù)據(jù)高四位與低四位交換

ORL A，@R0 ;前一地址中數(shù)據(jù)放入A中低四位

ADD A，#01H ;A加1操作

DA A ;十進(jìn)制調(diào)整

MOV R3，A ;移入R3寄存器

ANL A，#0FH ;高四位變0

MOV @R0，A ;放回前一地址單元

MOV A，R3 ;取回R3中暫存數(shù)據(jù)

INC R0 ;指向當(dāng)前地址單元

SWAP A ;A中數(shù)據(jù)高四位與低四位交換

ANL A，#0FH ;高四位變0

MOV @R0，A ;數(shù)據(jù)放入當(dāng)削地址單元中

RET ;子程序返回

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;; 清零程序 ;;

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;對計(jì)時(shí)單元復(fù)零用

CLR0： CLR A ;清累加器

MOV @R0，A ;清當(dāng)前地址單元

DEC R0 ;指向前一地址

MOV @R0，A ;前一地址單元清0

RET ;子程序返回

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;; 時(shí)鐘調(diào)整程序 ;;

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;當(dāng)調(diào)時(shí)按鍵按下時(shí)進(jìn)入此程序

SETMM： cLR ET0 ;關(guān)定時(shí)器T0中斷

CLR TR0 ;關(guān)閉定時(shí)器T0

LCALL DL1S ;調(diào)用1秒延時(shí)程序

JB P3.7，CLOSEDIS ;鍵按下時(shí)間小于1秒，關(guān)閉顯示（省電）

MOV R2，#06H ;進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài)，賦閃爍定時(shí)初值

SETB ET1 ;允許T1中斷

SETB TR1 ;開啟定時(shí)器T1

SET2： JNB P3.7，SET1 ;P3.7口為0（鍵未釋放），等待

SETB 00H ;鍵釋放，分調(diào)整閃爍標(biāo)志置1

SET4： JB P3.7，SET3 ;等待鍵按下

LCALL DL05S ;有鍵按下，延時(shí)0.5秒

JNB P3.7，SETHH ;按下時(shí)間大于0.5秒轉(zhuǎn)調(diào)小時(shí)狀態(tài)

MOV R0，#77H ;按下時(shí)間小于0.5秒加1分鐘操作

LCALL ADD1 ;調(diào)用加1子程序

MOV A，R3 ;取調(diào)整單元數(shù)據(jù)

CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志

CJNE A，#60H，HHH ;調(diào)整單元數(shù)據(jù)與60比較

HHH： JC SET4 ;調(diào)整單元數(shù)據(jù)小于60轉(zhuǎn)SET4循環(huán)

LCALL CLR0 ;調(diào)整單元數(shù)據(jù)大于或等于60時(shí)清0

CLR C ;清進(jìn)位標(biāo)志

AJMP SET4 ;跳轉(zhuǎn)到SET4循環(huán)

CLOSEDIS:SETB ET0 ;省電（LED不顯示）狀態(tài)。開T0中斷

SETB TR0 ;開啟T0定時(shí)器（開時(shí)鐘）

CLOSE： JB P3.7，CLOSE ;無按鍵按下，等待。

LCALL DISPLAY ;有鍵按下，調(diào)顯示子程序延時(shí)削抖

JB P3.7，CLOSE ;是干擾返回CLOSE等待

WAITH： JNB P3.7，WAITH ;等待鍵釋放

LJMP START1 ;返回主程序（LED數(shù)據(jù)顯示亮）

SETHH： CLR 00H ;分閃爍標(biāo)志清除（進(jìn)入調(diào)小時(shí)狀態(tài)）

SETHH1： JNB P3.7，SET5 ;等待鍵釋放

SETB 01H ;小時(shí)調(diào)整標(biāo)志置1

SET6： JB P3.7，SET7 ;等待按鍵按下

LCALL DL05S ;有鍵按下延時(shí)0.5秒

JNB P3.7，SETOUT ;按下時(shí)間大于0.5秒退出時(shí)間調(diào)整

MOV R0，#79H ;按下時(shí)間小于0.5秒加1小時(shí)操作

LCALL ADD1 ;調(diào)加1子程序

MOV A，R3 ;

CLR C ;

CJNE A，#24H，HOUU ;計(jì)時(shí)單元數(shù)據(jù)與24比較

HOUU： JC SET6 ;小于24轉(zhuǎn)SET6循環(huán)

LCALL CLR0 ;大于或等于24時(shí)清0操作

AJMP SET6 ;跳轉(zhuǎn)到SET6循環(huán)

SETOUT： JNB P3.7，SETOUT1 ;調(diào)時(shí)退出程序。等待鍵釋放

LCALL DISPLAY ;延時(shí)削抖

JNB P3.7，SETOUT ;是抖動(dòng)，返回SETOUT再等待

CLR 01H ;清調(diào)小時(shí)標(biāo)志

CLR 00H ;清調(diào)分標(biāo)志

CLR 02H ;清閃爍標(biāo)志

CLR TR1 ;關(guān)閉定時(shí)器T1

CLR ET1 ;關(guān)定時(shí)器T1中斷

SETB TR0 ;開啟定時(shí)器T0

SETB ET0 ;開定時(shí)器T0中斷（計(jì)時(shí)開始）

LJMP START1 ;跳回主程序

SET1： LCALL DISPLAY ;鍵釋放等待時(shí)調(diào)用顯示程序（調(diào)分）

AJMP SET2 ;防止鍵按下時(shí)無時(shí)鐘顯示

SET3： LCALL DISPLAY ;等待調(diào)分按鍵時(shí)時(shí)鐘顯示用

AJMP SET4

SET5： LCALL DISPLAY ;鍵釋放等待時(shí)調(diào)用顯示程序（調(diào)小時(shí)）

AJMP SETHH1 ;防止鍵按下時(shí)無時(shí)鐘顯示

SET7： LCALL DISPLAY ;等待調(diào)小時(shí)按鍵時(shí)時(shí)鐘顯示用

AJMP SET6

SETOUT1： LCALL DISPLAY ;退出時(shí)鐘調(diào)整時(shí)鍵釋放等待

AJMP SETOUT ;防止鍵按下時(shí)無時(shí)鐘顯示

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;; 顯示程序 ;;

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; 顯示數(shù)據(jù)在70H-75H單元內(nèi)，用六位LED共陽數(shù)碼管顯示，P1口輸出段碼數(shù)據(jù)，P3口作

; 掃描控制，每個(gè)LED數(shù)碼管亮1MS時(shí)間再逐位循環(huán)。

DISPLAY： MOV R1，#70H ;指向顯示數(shù)據(jù)首址

MOV R5，#0FEH ;掃描控制字初值

PLAY： MOV A，R5 ;掃描字放入A

MOV P3，A ;從P3口輸出

MOV A，@R1 ;取顯示數(shù)據(jù)到A

MOV DPTR，#TAB ;取段碼表地址

MOVC A，@A+DPTR ;查顯示數(shù)據(jù)對應(yīng)段碼

MOV P1，A ;段碼放入P1口

LCALL DL1MS ;顯示1MS

INC R1 ;指向下一地址

MOV A，R5 ;掃描控制字放入A

JNB ACC.5，ENDOUT ;ACC.5=0時(shí)一次顯示結(jié)束

RL A ;A中數(shù)據(jù)循環(huán)左移

MOV R5，A ;放回R5內(nèi)

AJMP PLAY ;跳回PLAY循環(huán)

ENDOUT： SETB P3.5 ;一次顯示結(jié)束，P3口復(fù)位

MOV P1，#0FFH ;P1口復(fù)位

RET ;子程序返回

TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90H，0FFH

;共陽段碼表 “0”“1”“2” “3”“4”“5”“6”“7” “8”“9”“不亮”

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;; 延時(shí)程序 ;;

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;1MS延時(shí)程序，LED顯示程序用

DL1MS： MOV R6，#14H

DL1： MOV R7，#19H

DL2： DJNZ R7，DL2

DJNZ R6，DL1

RET

;20MS延時(shí)程序，采用調(diào)用顯示子程序以改善LED的顯示閃爍現(xiàn)象

DS20MS： ACALL DISPLAY

ACALL DISPLAY

ACALL DISPLAY

RET

;延時(shí)程序，用作按鍵時(shí)間的長短判斷

DL1S： LCALL DL05S

LCALL DL05S

RET

DL05S： MOV R3，#20H ;8毫秒*32=0.196秒

DL05S1： LCALL DISPLAY

DJNZ R3，DL05S1

RET

;

END ;程序結(jié)束