新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887原理與應(yīng)用
1. DS12887的功能特點(diǎn)
DS12887是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部，同時(shí)它與目前 IBM AT計(jì)算機(jī)常用的時(shí)鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容，可直接替換。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路勿需任何外圍電路并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微軾耗、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘場(chǎng)合中。其主要功能如下：

(1)內(nèi)含一個(gè)鋰電池，斷電情況運(yùn)行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。
(2)計(jì)秒、分、時(shí)、天、星期、日、月、年，并有閏年補(bǔ)償功能。
(3)

GND，VCC：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)VCC低于4.25V，讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3V以下時(shí)，RAM和計(jì)時(shí)器被切換到內(nèi)部鋰電池。
MOT(模式選擇)：MOT管腳接到VCC時(shí)，選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到GFND時(shí)，選擇INTEL時(shí)序。
SQW(方波信號(hào)同)：SQW管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過(guò)對(duì)寄存器A編程改變。
AD0～AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線)：總線接口，可與MOTOROLA微機(jī)系列和INTEL微機(jī)系列接口。
AS(地址選通輸入)：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。
DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入)：DS/RD客腳有兩種操作模式，取決于MOT管腳的電平，當(dāng)使用MOTOROLA時(shí)序時(shí)，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動(dòng)雙向總的時(shí)刻，在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時(shí)序時(shí)，DS稱作(RD)，RD與典型存貯器的允許信號(hào)(OE)的定義相同。
R/W(讀/寫輸入)：R/W管腳也有兩種操作模式。選MOTOROLA時(shí)序時(shí)，R/W是一電平信號(hào)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷?，DSO為高電平時(shí)，R/W高電平指示讀周期，R/W低電平指示寫周期；選INTEL時(shí)序，R/W信號(hào)是一低電平信號(hào)，稱為WR。在此模式下，R/W管腳與通用RAM的寫允許信號(hào)(WE)的含義相同。
CS(片選輸入)：在訪問(wèn)DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號(hào)必須保持為低。
IRQ(中斷申請(qǐng)輸入)：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒(méi)有中斷條件滿足時(shí)，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。
RESET(復(fù)位輸出)：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。
3. DS12887的內(nèi)部功能
3.1 地址分配圖
DS12887的地下分配圖如圖3所示，由114字節(jié)的用戶RAM，10字節(jié)的存放實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間。日歷和定鬧RAM及用于控制和狀態(tài)的4字節(jié)特殊寄存器組成，幾乎所有的128個(gè)字節(jié)可直接讀寫。

3.2 時(shí)間、日歷和定鬧單元
時(shí)間和日歷信息通過(guò)讀相應(yīng)的內(nèi)存字節(jié)來(lái)獲取，時(shí)間、日歷和定鬧通過(guò)寫相應(yīng)的內(nèi)存字節(jié)設(shè)置或初始化，其字節(jié)內(nèi)容可以是十進(jìn)制或BCD形式。時(shí)間可選擇12小時(shí)制或24小時(shí)制，當(dāng)選擇12小時(shí)制時(shí)，小時(shí)字節(jié)搞位為邏輯“1”代表PM。時(shí)間、日歷和定鬧字節(jié)是雙緩沖的，總是可訪問(wèn)的。每秒鐘這10個(gè)字節(jié)走時(shí)1 秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時(shí)，讀時(shí)間和日歷可能引起錯(cuò)誤。三個(gè)字節(jié)的定鬧字節(jié)有兩種使用方法。第一種，當(dāng)定鬧時(shí)間寫入相應(yīng)時(shí)、分、秒定鬧單元，在定允許鬧位置高的條件下，定鬧中斷每天準(zhǔn)時(shí)起動(dòng)一次。第二種，在三個(gè)定鬧字節(jié)中插入一個(gè)或多個(gè)不關(guān)心碼。不關(guān)心碼是任意從C到FF的16進(jìn)制數(shù)。當(dāng)小時(shí)字節(jié)的不關(guān)心碼位置位時(shí)，定鬧為小時(shí)發(fā)生一次由于相線小時(shí)和分鐘定鬧字節(jié)置不關(guān)心位時(shí)，每分鐘定鬧一次；當(dāng)三個(gè)字節(jié)都置不關(guān)心位時(shí)，每秒中斷一次。
3.3 非易失RAM
在DS12887中，114字節(jié)通用非易失RAM不專用于任何特殊功能，它們可被處理器程序用作非易失內(nèi)存，。在更新周期也可訪問(wèn)。
3.4 中斷
RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘加RAM向處理器提供三個(gè)獨(dú)立的、自動(dòng)的中斷源。定鬧中斷的發(fā)生率可編程，從每秒一次到每天一次，周期性中斷的發(fā)生率可從500ms到 122μs選擇。更新結(jié)束中斷用于向程序指示一個(gè)更新周期完成。中斷控制和狀態(tài)位在寄存器B和C中，本文的其它部分將詳細(xì)描述每個(gè)中斷發(fā)生條件。
3.5 晶振控制位
DS12887出廠時(shí)，其內(nèi)部晶振被關(guān)掉，以防止鋰電池在芯片裝入系統(tǒng)前被消耗。寄存器A的BIT4～BIT6為010時(shí)打開晶振，分頻鏈復(fù)位，BIT4～BIT6的其它組合都是使晶振關(guān)閉。
3.6 方波輸出選擇
如圖1原理圖所示，15級(jí)分步抽著中的13個(gè)可用于15選1選擇器，選擇分頻器抽頭的目的是在SQW管腳產(chǎn)生一個(gè)方波信號(hào)，其頻率由寄存器A的 RS0～RS3位設(shè)置。SQW頻率選擇與周期中斷發(fā)生器共離15選1選擇器，一旦頻率選擇好，通過(guò)用程序控制方波輸出允許位SWQE來(lái)控制SQW管腳輸出的開關(guān)。
3.7 周期中斷選擇
周期中斷可在IRQ腳產(chǎn)生500ms一次到每122μs一次的中斷，中斷頻率同樣由寄存A確定，它的控制位為寄存器B中的PIE位。
3.8 更新周期
DS12887每秒執(zhí)行一次更新周期還比較每一定鬧字節(jié)與相應(yīng)的時(shí)間字節(jié)，如果匹配枵三個(gè)字節(jié)都是不關(guān)心碼，則產(chǎn)生一次定鬧中斷。

4. DS12887狀態(tài)控制寄存器
DS12887有4個(gè)控制寄存器，它們?cè)谌魏螘r(shí)間都可訪問(wèn)，即使更新周期也不例外。
4.1 寄存器A

BIT7
BIT6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0

UIP
DV2
DV1
DV0
RS3
RS2
RS1
RS0

UIP：更新周期正在進(jìn)行位。當(dāng)UIP為1，更新轉(zhuǎn)換將很快發(fā)生，當(dāng)UIP為0，更新轉(zhuǎn)換至少在244μs內(nèi)不會(huì)發(fā)生。
DV0，DV1，DV2：用于開關(guān)晶振和復(fù)位分頻鏈。這些位的010唯一組合將打開晶振并允許RTC計(jì)時(shí)。
表1列了郵周期中斷率和方波頻率。
RS3，RS2，RS1，RS0：頻率選擇位，從15級(jí)頻率器13個(gè)抽頭中選一個(gè)，或禁止分頻器輸入，選擇好的抽頭用于產(chǎn)生方波(SQW管腳)輸出和周期中斷，用戶可以：
(1)用PIE位允許中斷：
(2)用SQWE位允許SQAW輸出；
(3)二者同時(shí)允許并用相同的頻率；
(4)都不允許
4.2 寄存器B

BIT7
BIT6
BIT5
BIT4
BIOT3
BIT2
BIT2
BIT1

SET
PIE
ALE0
VIE
SQWE
DM
24/12
DSE

SET：SET為0，時(shí)間更新正常進(jìn)行，每秒計(jì)數(shù)走時(shí)一次，當(dāng)SET位寫入1，時(shí)間更新被禁止，程序可初始化時(shí)間和日歷字節(jié)。
PIE：周期中斷勁旅位，PIE為1，則允許以選定的頻率拉低IRQ管腳，產(chǎn)和不足齒數(shù)民：PIE為0，則禁止中斷。
AIE：定鬧中斷允許位，PIE為1，允許中斷，否則禁止中斷。
SQWE：方波允許位，置1選定頻率方波從SQW腳輸出；為0-時(shí)，SQW腳為低。
DM：數(shù)據(jù)模式位，DM為1青蛙為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，而0表明是BCD碼的數(shù)據(jù)。
24/12：小時(shí)格式位，1表明24小時(shí)械，而0表明12小時(shí)械。
DSE：P夏令時(shí)允許位，當(dāng)DSE置1時(shí)允許兩個(gè)特殊的更新，在四月份的第一時(shí)期日、時(shí)間從1：59：59AM時(shí)改變?yōu)?：00：00AM，當(dāng)DSE位為0，這種特殊修正不發(fā)生。
4.3 寄存器C

BIT7
BIY6
BIT5
BIT4
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0

IRQF
PF
AF
VF
0
0
0
0

IRQF：中斷申請(qǐng)標(biāo)志位。當(dāng)下列表達(dá)式中一個(gè)或多個(gè)為真時(shí)，置1。
PF=PIE=1；AF=AIE=1；
UF=UIE=1；
即：IRQF=PF·PIE+AF·AIE+UF·UIE
只要IRQF為1，IRQ管腳輸出低 ，程序讀寄存器C以后或RESET管腳為低后，所有標(biāo)志位清零。
AF：定鬧中斷標(biāo)志位，只讀，AF為1表明現(xiàn)在時(shí)間與定鬧時(shí)間匹配。
VF：更新周期結(jié)束標(biāo)志位。VF為1表明更新周期結(jié)束。
BIAT0～BIT3：未用狀態(tài)位，讀出總為0，不能寫入。
4.4 寄存器D

BIT7
BIT6
BIT5
BIT4
BIOT3
BIT2
BIT1
BIT0

VRT
0
0
0
0
0
0
0

VRT：內(nèi)部鋰電池狀態(tài)位，平時(shí)應(yīng)總讀出1，如出現(xiàn)0，表明內(nèi)部鋰電池耗 盡。
BIT0～BIT6：未用狀態(tài)位，讀出總為0，不能寫入。
5. 硬件接口電路
DS12887時(shí)鐘芯片和80C31單微機(jī)的接口電路如圖4所示。模式選擇腳MOT拉地，選擇不NTEL時(shí)序，選擇DS12887時(shí)鐘芯片的地址總線及 AS端口和80C31單片微機(jī)的P0及ALE端直接相聯(lián)；而DS、R/W讀寫控制線與單片機(jī)的RD、WAR控制線相連；DS12887的高位地址由 80C31半日片機(jī)的P2.7端口來(lái)片選，則DS12887的高8位地址定為7FH，而其低8俠地址則由芯片內(nèi)部各單元的地址來(lái)決定(00H～3FH)； DS12887的中斷輸出端IRQ和80C的外部INT0端相聯(lián)，給單片機(jī)提供中斷信號(hào)；DS12887的SQW端口可編程產(chǎn)生方波輸出信號(hào)。