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I2C總線串行傳輸，能提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年等信息。

　　1.1 DS1337的引腳說明

　　DS1337的引腳排列示意圖如圖1所示。各引腳的功能如下：

　　圖1 DS1337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源，而將X2腳懸空。

　　SCL：串行時(shí)鐘輸入，用來在總線上同步數(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，可通過對DS1337的內(nèi)部控制寄存器進(jìn)行編程來控制這個(gè)引腳是輸出方波還是輸出中斷信號。該引腳是開漏輸出，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，該腳會輸出一個(gè)低電平。該引腳也是開漏輸出，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)間和日歷可通過寫相應(yīng)的寄存器字段來實(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。

　　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DS1337的讀與寫

　　圖3 DS1337 寫寄存器

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

　　圖4 DS1337 讀寄存器

　　從上圖中，可以看出，主器件發(fā)起開始條件，發(fā)送從器件的地址和寫命令（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 都必須是漏極開路或集電極開路的。

　　圖5 SMBus 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。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始和停止信號：

　　開始：該條件啟動一次傳輸過程。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信號表示所尋址的從器件沒有準(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（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)起始條件啟動傳輸過程，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)起始條件啟動傳輸過程，之后發(fā)送從地址+R。在收到從器件對地址的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為典型的寫操作情況。圖8為典型的讀操作情況。

　　圖7 寫操作

　　（1）為一個(gè)成功的傳送過程。在（3）中，主器件在收到一個(gè)ACK后重新發(fā)出起始條件。這一過程允許主器件在不放棄總線的情況下啟動一個(gè)新的傳輸過程（例如，從寫操作切換到讀操作）。重復(fù)起始條件通常在訪問EEPROM時(shí)使用，因?yàn)橐粋€(gè)讀操作前面必須有一個(gè)寫存儲器地址的操作。

　　圖8 讀操作

　　2.3 SMBus特殊功能寄存器

　　對 SMBus 串行接口的訪問和控制是通過 5 個(gè)特殊功能寄存器來實(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。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)的過程中。注意：在傳輸過程中，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

　　低3位固定為0（當(dāng)SI=1時(shí)）。因此所有有效的狀態(tài)碼都是8的整數(shù)倍。

　　三、在C8051F 上的實(shí)現(xiàn)

　　3.1 硬件

　　3.2 軟件

　　1 typedef struct

　　2 {

　　3 u8 second; // 0 to 59

　　4 u8 minute; // 0 to 59

　　5 u8 hour; // 0 to 23 （24-hour TIme）

　　6 u8 day; // 0 = Sunday， 1 = Monday， etc.

　　7 u8 date; // 1 to 31

　　8 u8 month; // 1 to 12

　　9 u8 year; // 00 to 99

　　10 } DS1337_TIme;

　　11

　　12 xdata DS1337_TIme TIme;

　　13

　　14 bit SMB_BUSY;

　　15 u8 COMMAND;

　　16 u8 Mode;

　　17 u8 wr_data［2］;

　　18 u8 wrnumber;

　　19 u8 get_data;

　　20

　　21

　　22 void DS1337_Set_time（DS1337_time dt）;

　　23

　　24

　　25 char bcd2bin（char bcd_value）

　　26 {

　　27 char temp;

　　28 temp = bcd_value;

　　29 temp 》》= 1;

　　30 temp = 0x78;

　　31 return（temp + （temp 》》 2） + （bcd_value 0x0f））;

　　32 }

　　33

　　34

　　35 unsigned char bin2bcd（unsigned char value）

　　36 {

　　37 char retval;

　　38 retval = 0;

　　39

　　40 while（1）

　　41 {

　　42 if（value 》= 10）

　　43 {

　　44 value -= 10;

　　45 retval += 0x10;

　　46 }

　　47 else

　　48 {

　　49 retval += value;

　　50 break;

　　51 }

　　52 }

　　53 return（retval）;

　　第25行的函數(shù)是將BCD碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)。第35行的函數(shù)是將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼。

　　1 void init_iic（void）

　　2 {

　　3 SMB0CN = 0x44; // Enable SMBus with acknowledge low （AA = 1）

　　4 SMB0CR = 146; // SMBus clock rate = 100 kHz 146

　　5 EIE1 “= 2; // SMBus interrupt enable

　　6 SI = 0;

　　7 SMB_BUSY = 1;

　　8 }

　　9

　　10

　　11 void Write_DS1337（u8 adrress， u8 data1）

　　12 {

　　13 Mode = 1;

　　14 wrnumber = 2 ;

　　15 wr_data［0］ = adrress;

　　16 wr_data［1］ = data1;

　　17 SMB0CN = 0x44;

　　18 COMMAND = DS1337_ADDR;

　　19 STO = 0;

　　20 STA = 1;

　　21 SMB_BUSY = 1;

　　22 while（SMB_BUSY）;

　　23 }

　　24

　　25

　　26 int Read_DS1337（u8 adrress）

　　27 {

　　28 Mode=0;

　　29 SMB0CN = 0x44;

　　30 COMMAND = （DS1337_ADDR | 0x01）;

　　31 wr_data［0］ = adrress;

　　32 STO = 0;

　　33 STA = 1;

　　34 SMB_BUSY = 1;

　　35 while（SMB_BUSY）;

　　36 return get_data;

　　37 }

　　第1行的函數(shù)初始化SMBus總線。第11行的函數(shù)為DS1337寫操作。第26行的函數(shù)為DS1337讀操作。

　　1 void DS1337_init（）

　　2 {

　　3 u8 status;

　　4 DS1337_time DT;

　　5

　　6 DT.second = 30;

　　7 DT.minute = 50;

　　8 DT.hour = 21;

　　9 DT.day = 2;

　　10 DT.date = 12;

　　11 DT.month = 8;

　　12 DT.year = 14;

　　13

　　14 status = Read_DS1337（DS1337_STATUS_REG）;

　　15 if（（status 0x80） ！= 0）

　　16 {

　　17 DS1337_Set_time（DT）;

　　18 Write_DS1337（DS1337_CONTROL_REG，DS1337_CTRL_REG_INIT_VAL）;

　　19 Write_DS1337（DS1337_STATUS_REG，DS1337_CLEAR_STATUS_VAL）;

　　20 }

　　21 }

　　22

　　23 void DS1337_Set_time（DS1337_time dt）

　　24 {

　　25 u8 bcd_sec，bcd_min，bcd_hrs，bcd_day，bcd_date，bcd_mon，bcd_year;

　　26

　　27 bcd_sec = bin2bcd（dt.second）;

　　28 bcd_min = bin2bcd（dt.minute）;

　　29 bcd_hrs = bin2bcd（dt.hour）;

　　30 bcd_day = bin2bcd（dt.day）;

　　31 bcd_date = bin2bcd（dt.date）;

　　32 bcd_mon = bin2bcd（dt.month）;

　　33 bcd_year = bin2bcd（dt.year）;

　　34

　　35 Write_DS1337（DS1337_SECONDS_REG，bcd_sec）;

　　36 Write_DS1337（DS1337_MINUTES_REG，bcd_min）;

　　37 Write_DS1337（DS1337_HOURS_REG，bcd_hrs）;

　　38 Write_DS1337（DS1337_DAY_OF_WEEK_REG，bcd_day）;

　　39 Write_DS1337（DS1337_DATE_REG，bcd_date）;

　　40 Write_DS1337（DS1337_MONTH_REG，bcd_mon）;

　　41 Write_DS1337（DS1337_YEAR_REG，bcd_year）;

　　42 }

　　43

　　44 void DS1337_Get_time（）

　　45 {

　　46 u8 bcd_sec，bcd_min，bcd_hrs，bcd_day，bcd_date，bcd_mon，bcd_year;

　　47

　　48 bcd_sec = Read_DS1337（DS1337_SECONDS_REG）;

　　49 bcd_min = Read_DS1337（DS1337_MINUTES_REG）;

　　50 bcd_hrs = Read_DS1337（DS1337_HOURS_REG）;

　　51 bcd_day = Read_DS1337（DS1337_DAY_OF_WEEK_REG）;

　　52 bcd_date = Read_DS1337（DS1337_DATE_REG）;

　　53 bcd_mon = Read_DS1337（DS1337_MONTH_REG）;

　　54 bcd_year = Read_DS1337（DS1337_YEAR_REG）;

　　55

　　56 Time.second = bcd2bin（bcd_sec）;

　　57 Time.minute = bcd2bin（bcd_min）;

　　58 Time.hour = bcd2bin（bcd_hrs）;

　　59 Time.day = bcd2bin（bcd_day）;

　　60 Time.date = bcd2bin（bcd_date）;

　　61 Time.month = bcd2bin（bcd_mon）;

　　62 Time.year = bcd2bin（bcd_year）;

　　63 }

　　第1行的函數(shù)為初始化DS1337，讀取狀態(tài)寄存器，如果最高位不為0，則初始化時(shí)間。第23行的函數(shù)為設(shè)置時(shí)間，包括年月日星期時(shí)分秒。第44行的函數(shù)為讀取時(shí)間。

　　1 #ifdef eclipse

　　2 void SMBUS_ISR（void）

　　3 #else

　　4 void SMBUS_ISR （void） interrupt ESMB0_VECTOR

　　5 #endif

　　6 {

　　7 switch （SMB0STA）

　　8 {

　　9 case SMB_START： //起始條件已發(fā)送

　　10 SMB0DAT = （COMMAND 0xFE）;

　　11 STA = 0;

　　12 break;

　　13 case SMB_RP_START： //重復(fù)起始條件已發(fā)送

　　14 SMB0DAT = COMMAND;

　　15 STA = 0;

　　16 break;

　　17 case SMB_MTADDACK： //地址 + WRITE已發(fā)送，收到ACK

　　18 SMB0DAT = wr_data［0］;

　　19 break;

　　20 case SMB_MTADDNACK： //地址 + WRITE已發(fā)送，收到NACK。

　　21 STO = 1; //發(fā)送STOP + START重試

　　22 STA = 1;

　　23 break;

　　24 case SMB_MTDBACK： //數(shù)據(jù)字節(jié)已發(fā)送，收到ACK。

　　25 switch（Mode）

　　26 {

　　27 case 1：

　　28 wrnumber--;

　　29 if（wrnumber）

　　30 SMB0DAT = wr_data［1］;

　　31 else

　　32 {

　　33 STO = 1;

　　34 SMB_BUSY=0;

　　35 }

　　36 break;

　　37 case 0：

　　38 STA = 1;

　　39 break;

　　40 default：

　　41 STO = 1;

　　42 SMB_BUSY = 0;

　　43 break;

　　44 }

　　45 break;

　　46 case SMB_MTDBNACK： //數(shù)據(jù)字節(jié)

　　46 case SMB_MTDBNACK： //數(shù)據(jù)字節(jié)已發(fā)送，收到NACK。

　　47 STO = 1;

　　48 STA = 1;

　　49 break;

　　50 case SMB_MTARBLOST： //競爭失敗

　　51 STO = 1;

　　52 STA = 1;

　　53 break;

　　54 case SMB_MRADDACK： //地址 + READ 已發(fā)送。收到ACK

　　55 AA = 0;

　　56 break;

　　57 case SMB_MRADDNACK： //地址 + READ 已發(fā)送。收到NACK

　　58 STO = 0;

　　59 STA = 1;

　　60 break;

　　61 case SMB_MRDBACK： //收到數(shù)據(jù)字節(jié)。ACK已發(fā)送

　　62 get_data = SMB0DAT;

　　63 SMB_BUSY = 0; //完成

　　64 STO = 1;

　　65 break;

　　66 case SMB_MRDBNACK： //收到數(shù)據(jù)字節(jié)。NACK已發(fā)送

　　67 get_data = SMB0DAT;

　　68 SMB_BUSY = 0;

　　69 STO = 1;

　　70 break;

　　71 default：

　　72 STO = 1;

　　73 break;

　　74 }

　　75 SI = 0;

　　76 }

　　SMBus中斷，需要手動清除中斷標(biāo)志。

　　3.3 實(shí)物