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高精度的實時時間芯片X1288的原理及應用

時間：2023-02-21 00:05:24 電子通信論文我要投稿

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摘要：介紹高精度的實時時間芯片X1288的主要特點、工作原理及實際應用。給出具體的內部框圖、計時精度調節(jié)原理、高精度定時的PCB設計和讀寫操作的基本程序。

關鍵詞：RTC X1288 高精度精度調節(jié)

高精度的實時時間芯片X1288的原理及應用

引言

X1288是Xicor公司最新推出的高精度多功能時間芯片。除了提供高精度的時間外，還提供了片內的32K×8位的EEPROM、看門狗、2個警告和備和電源的自動切換、頻率輸出等大量實用的功能。由于它使用的外部晶振可以選用低價格的32.768kHz晶體振蕩器，所以芯片的價格便宜。它提供的時間分辨率為1/100s，以及小于5×10 -6的年變化率，使得它得以在手機、POS設備、智能儀表、控制裝置及其它電子領域中得以廣泛的應用，而且還可以作為低精度儀表的時間校準。

1 X1288簡介

X1288的引腳如圖1所示。

X1288共有兩種封裝形式：一種是16引腳的SOIC封裝（表面幀式），另一種為14引腳的TSSOP封裝（雙列直插式）。

圖1

X1，X2：外接32.768kHz晶振的引腳。

RESET：復位信號輸出，作為看門狗時使用。

Vss：數(shù)字地。

SDA：用于串行傳輸數(shù)據(jù)的輸入與輸出雙向引腳。引腳為開漏輸出，因此需要接上拉電阻，線上的傳輸速度最高達400kHz。

SCL：串行時鐘輸入腳。

PHZ/IRQ：多功能復用引腳。

功能1——可編程的頻率輸出。可以輸出32.768kHz、100Hz、1Hz或不激活四種狀態(tài)。

功能2——中斷輸出。提醒上位機一個定時警告已產生，低電平表示激活。

VBACK：后備支撐電源引腳輸入端。

Vcc：主電源。

NC：無內部連接。

2 X1288的內部框圖及其工作原理

X1288內部由振蕩電路、分頻電路、計時單元、晶振補償單元、時間保存寄存器、警告寄存器、256Kb EEPROM、狀態(tài)寄存器、控制寄存器、串行接口譯碼器、控制譯碼單元、看門狗定時器、低電平復位電路等組成。內部框圖如圖2所示。

圖2

由于上位機是通過控制X1288的各寄存器對芯片進行操作的。因此，主要介紹內部寄存器及實現(xiàn)高精度定時的調節(jié)原理。

X1288內部共有可用的寄存器64個，其中0x00～0x37和0x3f已經使用。分別為狀態(tài)寄存器、時間寄存器、控制寄存器、報警寄存器0、報警寄存器1。

2.1 主要寄存器介紹

狀態(tài)寄存器（SR）是易失性的，其地址是03H，命令格式如下：

位7 位6 位5 位4 位3 位2 位1 位0 缺省值 BAT AL1 AL0 0 0 RWEL WEL RTCF 01h

BAT：后備電源標志。BAT為“1”，表明器件在使用后備電源。

AL1、AL0：報警選擇位。X1288中有兩個報警寄存器。若其中的某一報警時間與實時時鐘相同時，相應的AL1和AL0位將變?yōu)椤?”；當讀取SR的值后，該位又變?yōu)椤?”。

RWEL：時鐘/控制寄存器寫入控制位。對控制寄存器進行寫操作時，必須先使該位為“1”。

WEL：控制寄存器和內部的EEPROM的寫入控制位。在對它們進行寫操作時，必須先使該位為“1”。但是要對它進行寫，先要寫RWE1位為“1”，即先寫“02H”到狀態(tài)寄存器，再寫“06H”到狀態(tài)寄存器才可以。

RTCF：掉電標志位。當全部電源包括Vcc和VBACK失效后，該閏變?yōu)椤?”；而在系統(tǒng)再次上電后，如果要對RTC進行第一次有效寫操作，則應首先使該位為“0”。

2.2 計時精度調節(jié)原理

為了實現(xiàn)高精度的定時，X1288主要通過芯片內部的晶振補償單元的數(shù)字微調寄存器和模擬微調寄存器來實現(xiàn)。這兩個寄存器為非易失性的，掉電之后數(shù)據(jù)也不會丟失。數(shù)字微調寄存器（DTR）應用3位DTR2、DTR1、DTR0來調節(jié)每秒的計算次數(shù)和平均錯誤，獲得更好的精度。其中DTR2為符號位：DTR2=0，頻率補償為正；DTR2=1，頻率補償為負。DTR1、DTR0是數(shù)值位，DTR1提供10×10 -6的調整范圍。DTR0提供20×10 -6的調節(jié)范圍。三個位組合起來提供-30×10 -6～+30×10 -6的調節(jié)。模擬微調寄存器（ATR）共有ATR5～ATR0的6個模擬微調位，用于調節(jié)芯片內加載電容的大小。加載電容的大小為3.25pF～18.75pF。內部電容大小的計算公式如下：

CATR=（ATR value×0.25pF）+11.0pF

典型可調節(jié)的晶振頻率范圍上下偏差為+116×10 -6～-37×10 -6。兩個微調寄存器相結合，最大可調節(jié)+146×10 -6，實現(xiàn)高精度的定時微調。

圖3

3 應用

3．1 X1288與CPU連接的原理圖

X1288與89C92的連接比較簡單，如圖3所示。有點要注意的是，在SCL、SDA和RESET引腳要接上拉電阻。

3．2 為實現(xiàn)高精度定時的PCB設計

由于X1288的晶振輸入引腳X1的輸入阻抗非常高，會從電路板上的其它電路中拾取高頻信號；同時，輸入引腳X2接晶振的另外一個引腳，它也是一個敏感節(jié)點。另外，高頻的噪聲信號能夠從兩個節(jié)點注入晶振電路，產生雙倍的時鐘或雜亂的時鐘信號，嚴重影響定時器的精確定。因此，需要小心設計的電路的布線，以避免哭聲信號的拾取。在設計中，連接到X1、X2的晶振引腳要盡可能的短，而且最好在晶振周圍布上寬的地線，以減少噪聲的侵入。但是，在X1、X2引腳邊要避免布地線，以防止增加X1、X2引腳的輸入負載電容。還有，在Vcc與地線之間一定要接上一個非極性的電容。典型的布線如圖4所示。

3．3 軟件介紹

X1288與CPU的接口方式，遵循標準的I2C總線協(xié)議格式。即首先主器件發(fā)出啟動信號，其次是命令幀、地址幀和數(shù)據(jù)幀格式。所有的命令、數(shù)據(jù)和地址字節(jié)首先傳輸最高位。關于I2C總線的格式在各種論文中已有詳細描述。以下是C51對X1288進行基本操作的程序。

（1）讀X1288的程序

uchar Read_x1288(void)/*讀一個字節(jié)的數(shù)據(jù)*/

{ uchar temp=0;

uchar BitCounter=8;

Scl_x1288=Low;

do{

Scl_x1288=Low;

_nop_();_nop_();

Scl_x1288=High;

_nop_();_nop_();

if(Sda_x1288) /*如果Sda=1;*/

temp=temp|0x01|; /*temp的最低位置1*/