I2C串行芯片X1288及其在電子電能表中的應(yīng)用
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１ 引言
?。兀保玻福甘敲绹兀椋悖铮蚬旧a(chǎn)的一種集Ｅ２ＰＲＯＭ、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、日歷、ＣＰＵ監(jiān)控和兩路報(bào)警于一體的多功能集成電路芯片。Ｘ１２８８的時(shí)鐘采用一種價(jià)格低廉的３２．７６８ｋＨｚ晶振，具有百分秒、秒、分、時(shí)、日、月、年及星期信息，并可設(shè)定兩個(gè)報(bào)警時(shí)間，其時(shí)鐘和報(bào)警寄存器的雙通道結(jié)構(gòu)使得它能在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)仍保持時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。此外，Ｘ１２８８還可提供３２ｋ字節(jié)的Ｅ２ＰＲＯＭ陣列，并具有電源和ＣＰＵ監(jiān)控功能。
?。兀保玻福复行酒话悴捎茫桑玻每偩€來實(shí)現(xiàn)與主控制器的數(shù)據(jù)交換。Ｉ２Ｃ是由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司開發(fā)的一種用于內(nèi)部ＩＣ控制的雙向二線串行總線，通過該總線可很好地解決現(xiàn)代電子系統(tǒng)中眾多ＩＣ之間，及ＩＣ與外界的通信需要，并可大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，提高硬件電路的工作效率。
２ Ｘ１２８８的引腳定義
Ｘ１２８８芯片具有１６腳ＳＯＩＣ或１４腳ＴＳＳＯＰ小體積封裝形式。圖１為１４腳ＴＳＳＯＰ封裝的引腳示意圖，各引腳的定義如下：
?。兀?、Ｘ２：這兩個(gè)引腳可分別用作片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端。應(yīng)用時(shí)需外接一個(gè)３２．７６８ｋＨｚ的石英晶體，其作用是為系統(tǒng)時(shí)鐘／振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)。
?。遥牛樱牛裕簭?fù)位信號(hào)輸出端。當(dāng)看門狗超時(shí)或電壓跌落到固定的ＶＴＲＩＰ門限時(shí)，此引腳將向主處理器發(fā)送一個(gè)低電平有效的漏極開路輸出信號(hào)，以使電路系統(tǒng)快速復(fù)位。
?。樱模粒捍袛?shù)據(jù)端，為漏極開路輸出的雙向引腳，用于數(shù)據(jù)的輸入輸出。實(shí)際應(yīng)用時(shí)需接上拉電阻，并應(yīng)與其它漏極或集電極開路輸出端線相或。該端的輸入緩沖器總是處于激活狀態(tài)，輸出電路可通過一個(gè)斜率控制的下拉控制輸出信號(hào)的下降時(shí)間。設(shè)計(jì)時(shí)通常把電路設(shè)計(jì)成４００ｋＨｚ的二線接口。
?。樱茫蹋捍袝r(shí)鐘端口。
?。校龋冢桑遥眩嚎删幊填l率／中斷輸出端。當(dāng)編程為頻率輸出時(shí)，該端接到內(nèi)部振蕩器的輸出腳，以輸出頻率為３２．７６８ｋＨｚ、４０９６Ｈｚ或１Ｈｚ的信號(hào)，也可以無信號(hào)輸出。當(dāng)編程為中斷輸出時(shí)，該端可在報(bào)警發(fā)生時(shí)激活，以向主機(jī)請(qǐng)求中斷。
?。郑拢粒茫耍簜溆秒娫摧斎攵恕．?dāng)ＶＣＣ小于ＶＢＡＣＫ－０．２Ｖ時(shí)，電源控制電路將切換至ＶＢＡＣＫ供電；而當(dāng)ＶＣＣ超過ＶＢＡＣＫ時(shí)，又會(huì)自動(dòng)切回ＶＣＣ供電方式，圖２所示是其電源控制過程示意圖。
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３?。兀保玻福傅闹饕拇嫫骷捌涔δ?/STRONG>
?。兀保玻玻钢械臅r(shí)鐘／控制寄存器（ＣＣＲ）位于從Ｅ２ＰＲＯＭ陣列中分離出來的一個(gè)區(qū)域，地址位于[０００]０ｈ～[００３]Ｆｈ之間。ＣＣＲ一般被分成５段，可分別用于狀態(tài)寄存器（１字節(jié)）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（８字節(jié)）、控制寄存器（４字節(jié)）、報(bào)警寄存器１和報(bào)警寄存器０（各８字節(jié)）。
３.１ 狀態(tài)寄存器（ＳＲ）
狀態(tài)寄存器是易失性的，其地址是００３Ｆｈ。表１所列是其命令格式，各命令字的具體含義如下：
表1 狀態(tài)寄存器（SR）
| 地址 | 名稱 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 缺省值 |
| 003Fh | SR | BAT | AL1 | AL0 | 0 | 0 | RWEL | WEL | RTCF | 01h |
?。拢粒裕汉髠潆娫礃?biāo)志位。當(dāng)ＢＡＴ為“１”時(shí)，表明器件在使用后備電源。
?。粒蹋?、ＡＬ０：報(bào)警選擇位。Ｘ１２８８中有兩個(gè)報(bào)警寄存器，若其中的某一報(bào)警時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)鐘相同時(shí)，相應(yīng)的ＡＬ１或ＡＬ０位將變?yōu)椤埃薄?；?dāng)讀?。樱业闹岛?，該位又變?yōu)椤埃啊薄?/P>
?。遥祝牛蹋簳r(shí)鐘／控制寄存器（ＣＣＲ）寫入控制位。對(duì)ＣＣＲ進(jìn)行寫操作時(shí)，必須先使該位為“１”。
?。祝牛蹋海茫茫液停牛玻校遥希偷膶懭肟刂莆?。在對(duì)ＣＣＲ和Ｅ２ＰＲＯＭ進(jìn)行寫操作時(shí)，必須先使該位為“１”。同理，如果要寫入時(shí)鐘和控制寄存器，也必須先寫“０２ｈ”至ＳＲ（使ＲＷＥＬ為“１”），再寫“０６ｈ” （使ＷＥＬ為“１”）。
?。遥裕茫疲旱綦姌?biāo)志位。當(dāng)全部電源（包括ＶＣＣ和ＶＢＡＣＫ）失效后，該位變?yōu)?“１”；而在系統(tǒng)再次上電后，如果要對(duì)ＲＴＣ進(jìn)行第一次有效寫操作，則應(yīng)首先將使該位為“０”。
需要說明的是，雖然ＳＲ中的第３、４位沒有使用，但這些位必須置“０”。
３.２ 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ＲＴＣ）
實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器的地址００３０ｈ～００３７ｈ分別對(duì)應(yīng)秒、分、時(shí)、日、月、年、星期和百分秒，并采用ＢＣＤ碼表示。通過啟動(dòng)一條讀命令并確定相應(yīng)的地址，即可讀取時(shí)間信息。因?yàn)闀r(shí)鐘是連續(xù)運(yùn)行的，而每次讀操作都需要一定的時(shí)間，這就有可能在讀操作過程中使時(shí)間發(fā)生改變。本器件是由讀命令將時(shí)間鎖存在分立的鎖存器中，因而可以避免讀操作過程中時(shí)間發(fā)生變化。當(dāng)一次讀出并不是由讀操作引起時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警。
可以通過向ＲＴＣ寄存器中寫入數(shù)據(jù)來設(shè)定時(shí)間和日期。通過一次不完全連續(xù)的寫操作可避免改變當(dāng)前時(shí)間，在ＲＴＣ數(shù)據(jù)輸入字節(jié)之前的ＡＣＫ位時(shí)，時(shí)鐘的下降沿會(huì)將當(dāng)前的時(shí)間值裝載到分立的緩沖器中，以使時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行。而此時(shí)新的串行輸入數(shù)據(jù)將取代緩沖器的值。當(dāng)有效的寫操作結(jié)束后，系統(tǒng)產(chǎn)生停止位時(shí)，這個(gè)新值才被裝載到ＲＴＣ寄存器中。向ＲＴＣ寫入單個(gè)字節(jié)并不對(duì)其它字節(jié)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。
當(dāng)Ｘ１２８８在ＶＣＣ和ＶＢＡＣＫ都失效以后，即使再次上電后，其時(shí)鐘也將停止增加，直到在時(shí)鐘寄存器中進(jìn)行至少一個(gè)字節(jié)的寫操作以后。
讀出和設(shè)定時(shí)鐘應(yīng)注意：百分秒寄存器（ＳＳＥＣ）是只讀的；小時(shí)寄存器（ＨＲ）中的ＭＩＬ位是１２／２４時(shí)制選擇位“１”為２４時(shí)制，“０”為１２時(shí)制，Ｈ２１位是ＡＭ／ＰＭ標(biāo)志位“１”代表ＰＭ，“０”代表ＡＭ；星期中的七天只用三位（ＤＹ０～２）來計(jì)數(shù)，其值在０～６之間循環(huán)，數(shù)字所代表星期中的哪一天可由設(shè)計(jì)者決定，缺省值為０。
３.３ 控制寄存器
表２所示是４個(gè)控制寄存器的命令字列表，其中的ＤＴＲ是數(shù)字化微調(diào)寄存器，它的作用是調(diào)整每秒的計(jì)數(shù)值和ｐｐｍ誤差，以便在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)獲得更好的計(jì)時(shí)精度。ＤＴＲ２是符號(hào)位，“１”為正補(bǔ)償，“０”為負(fù)補(bǔ)償；ＤＴＲ１、ＤＴＲ０可分別提供１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ的補(bǔ)償。由ＤＴＲ０～ＤＴＲ２三位可表示－３０ｐｐｍ～＋３０ｐｐｍ的補(bǔ)償范圍。
表2 控制寄存器
| 地址 | 名稱 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 缺省值 |
| 0013h | DTR | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | DTR2 | DTR1 | DTR0 | 00h |
| 0012h | ATR | 0 | 0 | ATR5 | ATR4 | ATR3 | ATR2 | ATR1 | ATR0 | 00h |
| 0011h | INT | IM | AL1E | AL0E | FO1 | FO0 | 只讀 | 只讀 | 只讀 | 00h |
| 0010h | BL | BP2 | BP1 | BP0 | WD1 | WD0 | 只讀 | 只讀 | 只讀 | 00h |
?。粒裕壹拇嫫饔脕砦⒄{(diào)Ｘ１和Ｘ２之間的片內(nèi)負(fù)載電容，其范圍從＋１１６ｐｐｍ～－３７ｐｐｍ，具體電容值的大小可由下式計(jì)算：
ＣＡＲＴ＝[（ＡＴＲ的十進(jìn)制值）
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