DS1337 時(shí)鐘芯片在 C8051F 上的實(shí)現(xiàn)

一、DS1337介紹

　　DS1337串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是一種低功耗、全部采用BCD碼的時(shí)鐘日歷芯片，它帶有兩個(gè)可編程的定時(shí)鬧鐘和一個(gè)可編程的方波輸出。其地址和數(shù)據(jù)可通過(guò)I2C總線串行傳輸，能提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年等信息。

1.1DS1337的引腳說(shuō)明

　　DS1337的引腳排列示意圖如圖1所示。各引腳的功能如下：

　　　　　　　　圖1DS1337引腳示意圖

VCC，GND：直流電源和接地端，VCC的輸入范圍在1.8~5.5V之間。X1，X2：標(biāo)準(zhǔn)的32.768kHz的石英晶振接入端，內(nèi)部晶振電路設(shè)計(jì)要求晶振特定電容負(fù)載為6pF。另外，這兩個(gè)引腳還可以有其它接法，即：X1腳連接外部振蕩信號(hào)源，而將X2腳懸空。

SCL：串行時(shí)鐘輸入，用來(lái)在總線上同步數(shù)據(jù)傳輸。

SDA：串行數(shù)據(jù)輸入輸出，SDA是I2C總線接口的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，開(kāi)漏輸出，使用時(shí)要求接一個(gè)上拉電阻。

SQW/INTB：方波/中斷輸出，可通過(guò)對(duì)DS1337的內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行編程來(lái)控制這個(gè)引腳是輸出方波還是輸出中斷信號(hào)。該引腳是開(kāi)漏輸出，使用時(shí)要接一個(gè)外部的上拉電阻。

INTA：中斷輸出端，使能時(shí)，如果鬧鐘寄存器的設(shè)定值與當(dāng)前時(shí)間匹配，該腳會(huì)輸出一個(gè)低電平。該引腳也是開(kāi)漏輸出，要接上拉電阻。

1.2 時(shí)間寄存器

　　常用的時(shí)間寄存器地址為00H~06H。設(shè)置和初始化時(shí)間和日歷可通過(guò)寫(xiě)相應(yīng)的寄存器字段來(lái)實(shí)現(xiàn)，寄存器的數(shù)據(jù)格式以BCD碼表示。DS1337既可以工作在12小時(shí)模式下，也可以工作在24小時(shí)模式下。小時(shí)寄存器的位6被定義為12小時(shí)模式或24小時(shí)模式選擇位，該位為1時(shí)，選擇12小時(shí)模式。在12小時(shí)模式時(shí)，位5是AM/PM標(biāo)志位，該位為1時(shí)表示PM。當(dāng)在24小時(shí)模式時(shí)，位5是第二個(gè)十位(表示20到23小時(shí))。月寄存器的第7位是世紀(jì)位，當(dāng)年寄存器從0到99溢出時(shí)，該位發(fā)生變化。

1.3 控制寄存器和狀態(tài)寄存器

　　DS1337中有一個(gè)控制寄存器和一個(gè)狀態(tài)寄存器，可用于控制實(shí)時(shí)時(shí)鐘、鬧鐘和方波的輸出。

　　控制寄存器地址為0EH。其中：

EOSC：振蕩器使能位。該位為0，振蕩器起振；為1，振蕩器停振。剛上電時(shí)，該位為0；RS1，RS2：方波輸出頻率選擇位。RS1和RS2共有四種組合，分別對(duì)應(yīng)的方波輸出頻率為1Hz，4.096kHz，8.192kHz，32.768kHz。在剛加電時(shí)，方波輸出頻率設(shè)置是32.768kHz。

INTCN：中斷控制位。用于控制兩個(gè)鬧鐘與中斷輸出腳之間的關(guān)系。為1時(shí)，兩個(gè)鬧鐘在滿足定時(shí)條件時(shí)，各自有獨(dú)立的中斷輸出。為0時(shí)，兩個(gè)鬧鐘共用一個(gè)中斷輸出腳INTA，而腳SQW/INTB為方波輸出端。開(kāi)始上電時(shí)，該位為0。

A1IE：鬧鐘1中斷使能位。為1時(shí)，允許狀態(tài)寄存器的A1F位輸出到腳INTA。上電時(shí)該位為0，此時(shí)不能用A1F位初始化INTA信號(hào)。

A2IE：鬧鐘2中斷使能位，該位的作用與A1IE位相同。

　　DS1337的狀態(tài)寄存器地址為0FH，各位的作用如下：

OSF：振蕩器停止標(biāo)志。該位為1，表示振蕩器已停止。有四種情況能產(chǎn)生這樣的結(jié)果：一是芯片剛上電，二是Vcc引腳電壓不足，三是EOSC位為1，四是晶振受到外部影響(如噪聲等)。

A1F、A2F：鬧鐘標(biāo)志位。為1時(shí)，表示鬧鐘設(shè)定時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間匹配，并產(chǎn)生中斷輸出。

圖2 DS1337寄存器

1.4 對(duì)DS1337的讀與寫(xiě)

圖3 DS1337 寫(xiě)寄存器

　　從上圖中，可以看出，主器件發(fā)起開(kāi)始條件，發(fā)送從器件的地址和寫(xiě)命令（0xD0|0x00），等待從器件的應(yīng)答，然后再發(fā)送要寫(xiě)的寄存器地址，等待從器件的應(yīng)答，然后再發(fā)送要寫(xiě)的數(shù)據(jù)，等待從器件的應(yīng)答，如果寫(xiě)操作完成，主器件發(fā)送結(jié)束。完成一次寫(xiě)數(shù)據(jù)過(guò)程。

圖4 DS1337 讀寄存器

　　從上圖中，可以看出，主器件發(fā)起開(kāi)始條件，發(fā)送從器件的地址和寫(xiě)命令（0xD0|0x00），等待從器件的應(yīng)答，然后再發(fā)送要讀的寄存器地址，等待從器件的應(yīng)答，然后主器件再重新發(fā)送開(kāi)始條件，發(fā)送從器件的地址和讀命令（0xD0|0x01），等待從器件的應(yīng)答，接收從器件發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，主器件應(yīng)答。當(dāng)收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)后，主器件發(fā)送非應(yīng)答和結(jié)束。完成一次讀數(shù)據(jù)過(guò)程。

二、SMBus總線介紹

　　SMBus串行I/O接口是一個(gè)雙線的雙向串行總線，與I2C串行總線兼容。圖 5給出了一個(gè)典型的SMBus 配置。SMBus 接口的工作電壓可以在3.0V和5.0V 之間，總線上不同器件的工作電壓可以不同。SCL（串行時(shí)鐘）和 SDA（串行數(shù)據(jù)）線是雙向的。 必須通過(guò)上拉電阻或類似電路將它們連到電源電壓。當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩條線都被拉到高電平。連接在總線上的每個(gè)器件的 SCL 和 SDA 都必須是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路的。

圖5SMBus 配置

　　2.1握手

　　SMBus采用多種線路條件作為器件間的握手信號(hào)。在一次數(shù)據(jù)傳輸中，SDA只能在SCL為低時(shí)改變電平。在SCL為高電平時(shí)SDA發(fā)生改變則是代表如下的開(kāi)始和停止信號(hào)：

開(kāi)始：該條件啟動(dòng)一次傳輸過(guò)程。當(dāng)SCL為高電平時(shí)SDA上出現(xiàn)一個(gè)下降沿。

結(jié)束：該條件結(jié)束一次傳輸過(guò)程。當(dāng)SCL為高電平時(shí)SDA上出現(xiàn)一個(gè)上升沿。

應(yīng)答：也稱為ACK，接收器件發(fā)送該信號(hào)表示確認(rèn)。例如，在器件X收到一個(gè)字節(jié)后，它將發(fā)送一個(gè)ACK確認(rèn)傳輸成功。ACK條件是在SCL為高時(shí)采樣到SDA為低電平。

非應(yīng)答：也稱為NACK，這是在SCL為高電平時(shí)采樣到SDA為高電平。當(dāng)接收器件不能產(chǎn)生ACK時(shí)，發(fā)送器件看到的是NACK。在典型的數(shù)據(jù)傳輸中，收到NACK信號(hào)表示所尋址的從器件沒(méi)有準(zhǔn)備好或不在總線上。一個(gè)處于接收狀態(tài)的主器件發(fā)送NACK表示這是傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)字節(jié)。圖2給出了握手信號(hào)時(shí)序。

圖6 SMBus 時(shí)序

　　2.2 傳輸方式

　　有兩種可能的傳輸方式：寫(xiě)（從主器件到從器件）和讀（從從器件到主器件）。在一次傳輸中，任何一個(gè)器件都可以是四種角色之一。這四種角色將在下面說(shuō)明。注意，從地址+R/W’是指一個(gè)8位傳輸（7位地址，1位R/W）。

　　1）主發(fā)送器：在該方式下，器件在SDA上發(fā)送串行數(shù)據(jù)，在SCL上輸出時(shí)鐘。器件用一個(gè)起始條件啟動(dòng)傳輸過(guò)程，發(fā)送從地址+W，然后等待從器件的ACK。收到ACK后，器件發(fā)送一個(gè)或多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)都要由從器件確認(rèn)。在發(fā)送完最后一個(gè)字節(jié)后，器件發(fā)送一個(gè)停止條件。

　　2）主接收器：在該方式下，器件在SDA上接收串行數(shù)據(jù)，在SCL上輸出時(shí)鐘。器件用一個(gè)起始條件啟動(dòng)傳輸過(guò)程，之后發(fā)送從地址+R。在收到從器件對(duì)地址的ACK后，在SCL上輸出時(shí)鐘并在SDA上接收數(shù)據(jù)。在接收完最后一個(gè)字節(jié)后，器件將發(fā)送一個(gè)NACK和一個(gè)停止條件。

　　3）從發(fā)送器：在該方式下，器件在SDA上輸出串行數(shù)據(jù)，在SCL上接受時(shí)鐘。器件接收一個(gè)起始條件和它自己的從地址+R，然后發(fā)出ACK并進(jìn)入從發(fā)送方式。器件在SDA上發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)送完每個(gè)字節(jié)后都要收到一個(gè)ACK。在傳輸完最后一個(gè)字節(jié)后，主器件發(fā)送一個(gè)NACK和一個(gè)停止條件。

　　4）從接收器：在該方式下，器件收到來(lái)自主器件的起始條件和和它自己的從地址+W。然后發(fā)出ACK并進(jìn)入從接收方式。現(xiàn)在器件在SDA上接收串行數(shù)據(jù)，在SCL上接收時(shí)鐘。在接收完每個(gè)字節(jié)后都要發(fā)送一個(gè)ACK，在接收到主器件的停止條件后退出從接收方式。

　　圖7為典型的寫(xiě)操作情況。圖8為典型的讀操作情況。

圖7 寫(xiě)操作

　　（1）為一個(gè)成功的傳送過(guò)程。在（3）中，主器件在收到一個(gè)ACK后重新發(fā)出起始條件。這一過(guò)程允許主器件在不放棄總線的情況下啟動(dòng)一個(gè)新的傳輸過(guò)程（例如，從寫(xiě)操作切換到讀操作）。重復(fù)起始條件通常在訪問(wèn)EEPROM時(shí)使用，因?yàn)橐粋€(gè)讀操作前面必須有一個(gè)寫(xiě)存儲(chǔ)器地址的操作。

圖8 讀操作

　　對(duì) SMBus 串行接口的訪問(wèn)和控制是通過(guò) 5 個(gè)特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的：控制寄存器 SMB0CN、時(shí)鐘速率寄存器 SMB0CR、地址寄存器 SMB0ADR、數(shù)據(jù)寄存器 SMB0DAT 和狀態(tài)寄存器 SMB0STA。系統(tǒng)器件可以有一個(gè)或多個(gè) SMBus 串行接口。

　　2.3.1 控制寄存器SMB0CN

　　SMBus 控制寄存器 SMB0CN 用于配置和控制 SMBus 接口。該寄存器中的所有位都可以 用軟件讀寫(xiě)。有兩個(gè)控制位還受 SMBus 硬件的影響。當(dāng)發(fā)生一個(gè)有效的串行中斷條件時(shí)，串 行中斷標(biāo)志（SI，SMB0CN.3）被硬件設(shè)置為邏輯 1，該標(biāo)志只能用軟件清 0。當(dāng)總線上出現(xiàn) 一個(gè)停止條件時(shí)，停止標(biāo)志（STO，SMB0CN.4）被硬件清 0。

　　2.3.2 時(shí)鐘速率寄存器SMB0CR

　　在器件工作于主方式時(shí)SMBus時(shí)鐘寄存器用于控制SCL時(shí)鐘速率。SMB0CR中的8位數(shù)決定了時(shí)鐘速率，公式如下：

　　其中，SMB0CR是一個(gè)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼。因此，對(duì)于100kHz的SCL頻率和16MHz的SYSCLK，應(yīng)向SMB0CL裝入-80，即0xB0。

　　2.3.3 地址寄存器 SMB0ADR

　　SMBus地址寄存器保存器件在從方式時(shí)將要應(yīng)答的從地址。位（7:1）保存從地址；位0是通用呼叫允許。如果位0被置位，器件將應(yīng)答通用呼叫地址（0x00）。

　　2.3.4 數(shù)據(jù)寄存器 SMB0DAT

　　SMBus數(shù)據(jù)寄存器用于保存將要發(fā)送或剛剛接收的數(shù)據(jù)。只有在SI=1時(shí)，從該寄存器讀出的數(shù)據(jù)才是有效的。當(dāng)SI不為1時(shí)，SMBus可能處在向SMB0DAT移入數(shù)據(jù)或從SMB0DAT移出數(shù)據(jù)的過(guò)程中。注意：在傳輸過(guò)程中，從SMB0DAT移出的最高位又移回到最低位，因此在一次傳輸完成后SMB0DAT中仍然保存著原始數(shù)據(jù)。

　　1.3.5 狀態(tài)寄存器 SMB0STA

共有28個(gè)可能的SMBus狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的狀態(tài)碼。狀態(tài)碼的高5位是可變的，而一個(gè)有效狀態(tài)碼的