DS12887 时钟芯片

DS12887 时钟芯片 2.3 时钟芯片介绍 DS12887 芯片是时钟芯片中功能较强的一种，它将晶体振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片的上方，组成一个加厚的集成电路模块。电路通电时其充电电路便自动对可充电电池充电，其内部包含非易失时钟、警报器、百年历、可编程中断、方波发生器和 114 个字的非易失静态 RAM。DS12887具有日历、时钟、低功耗静态RAM、输出方波信号等功能，石英晶振和写保护电路也封装在内，在断电情况下仍能保持时间和内存。DS12887可以方便地与单片机接口，并由单片机系统对其进行操作得到日历、时钟信息，输出方波信号用于秒信号的显示。其封装方式为 24 脚双排直列，如图2.5所示。 图2.5 DS12887的封装形式 DS12887主要功能介绍 (1)内含一个锂电池，断电后运行十年以上不丢失数据。 (2)计秒，分，时，天，星期，日，月，年，并有闰年补尝功能。 (3)二进制数码或BCD码表示时间，日历和定闹。 (4)12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PM和AM指示，有夏令时功能。 (5)Motorola和Intel总线时序选择，可编程方波信号输出。 (6)有128个字节RAM单元与软件接口，其中14个字节作为时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有RAM单元数据都具有掉电保护功能。 (7)中断信号输出(IRQ)和总线兼容，周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。 (8)工作电压:+4.5,5.5V。 (9)工作温度范围:0,70?。 2.3.1 DS12887引脚说明及使用 DS12887内部由振荡电路，分频电路，周期中断/方波选择电路，14字节时钟和控制单元，114字节用户非易失RAM，十进制/二进制累加器，总线接口电路，电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。DS12887引脚分配如图2.6所示，各管脚说明如下: VCC:直流电源+5V电压。当5V电压在正常范围内时，数据可读写;当Vcc低于4.25V,读写被禁止，计时功能仍继续;当Vcc下降到3V以下时，RAM和计时器供电被切换到内部锂电池。 MOT(模式选择):MOT引脚接到Vcc时，选择MOTOROLA时序，当接到GND时，选择Intel时序。 SQW(方波信号输出):SQW引脚能从实时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。 AD0-AD7(双向地址/数据复用线):总线接口，可与Motorola微机系列和Intel微机系列接口。 AS(地址选通输入):用于实现信号分离，在AD/ALE的下降沿把地址锁入DS12887。 DS(数据选通或读输入):DS/RD引脚有两种操作模式，取决于MOT引脚的电平，当使用Motorola时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通;在读周期，DS指示DS12887驱动双向总线的时刻;在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据。选择Intel时序时，DS称作(RD)，RD与典型存贮器的允许信号(OE)的定义相同。 R/W(读/写输入):R/W引脚也有两种操作模式。选Motorola时序时，R/W是低电平信号时，指示当前周期是读或写周期，DS为高电平时，R/W高电平指示读周期，R/W信号一低电平信号，称为WR。在此模式下，R/W引脚与通用RAM的写允许信号(WE)的含义相同。 CS(片选输入):在访问DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。 IRQ(中断申请输入):低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断的条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。 RESET(复位输出):当该脚保持低电平时间大于200ms，DS12887有效复位。 时间和日历单元 时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间和日历通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是二进制或BCD形式。时间可选择12小时制或24小时制，当选择12小时制时，小时字节的高门为逻辑“1”代表PM。时间和日历字节是双缓冲的，总是可访问的。 非易失RAM 在DS1288中，114字节通用非易失RAM不专用一任何特殊功能，它们可被处理器程序用作非易失内存，在更新周期也可访问。 中断 RTC实时时钟加RAM向处理器提供三个独立的，自动的中断源。定闹中断的发生率可编程，从每秒一次到每天一次，周期性中断的发生率可从500ms到122s选择。更新结束中断用于向程序指示一个更新周期完成。中断控制和状态位在寄存器B和C中，本文的其它部分将详细描述每个中断发生条件。 晶振控制位 DS12887出厂时，其内部晶振被关掉，以防止锂电池在芯片装入系统前被消耗，寄存器A的BIT4-BIT6的其它组合都是使用晶振关闭。 更新周期 DS12887每一秒执行一次更新周期，保证时间、日历的准确。 DS12887内部RAM专用寄存器地址功能 DS12887的地址由114字节的用户RAM存放。10字节的存放实时时钟时间，日历和控制和状态的4字节特殊寄存器组成，几乎所有的128个字节直接读写。表2.2为DS12887内部RAM和各专用寄存器地址分布表，其中，地址00H,03H单元的取值范围是00H,3BH(10进制为0,59);04H,05H单元按12小时制取值范围是上午(AM)01H,0CH(1,12)，下午(PM)81H,8CH(81,92)按24小时制取值范围是00H,17H(1,23);06H单元取值范围是00H~07H(0,7);07H单元取值范围01H,1FH(1,31);08H单元取值范围是01H,0CH(1,12);09H单元的取值范围是00H,63H(0,99)。DS12887的RAM和各专用寄存器的访问如下实现，若片选地址DS=#0DDXXH，则芯片内部RAM 和寄存器和地址为#0DD00H~#0DD7FH。应指出的是，尽管DS12887的专用时标年寄存器只有一个，但通过软件编程可利用其内部的不掉电的RAM区的一个字节实现年度的高两位显示，所以，DS12887芯片跨越2000年的计时就不成问。 表2.2 DS12C887内部RAM和各专用寄存器地址 地址单地址单用途 用途 元 元 地址地址秒 秒闹 00H 01H 地址地址分 分闹 02H 03H 地址地址时 时闹 04H 05H 地址地址星期 日(两位数) 06H 07H 地址地址月(两位数) 年(两位数) 08H 09H 地址地址寄存器A 寄存器B 0AH 0BH 地址寄存器C 地址寄存器D 0CH 0CH 0EH,不掉电RAM区，共114 7EH 字节 寄存器A 寄存器A各位不受复位的影响，UIP位为只读位，其它各位均可读写，寄存器的控制字的格式如表2.3所列。 表2.3 DS12887控制寄存器A各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 (1)UIP位:更新周期标志位。该位为“1”时，表示芯片正处于或将开始更新周期，此时程序不准读写时标寄存器;该位为“0”时，表示至少在244us后才开始更新周期，此时程序可读芯片内时标寄存器，该位是只读位。 (2) DV0、DV1、DV2:芯片内部振荡器RTC控制位。当芯片解除复位状态，并将010写入DV0、DV1、DV2后，另一个更新周期将在500ms后开始。因此，在程序初始化时可用这三位精确地使芯片在设定的时间开始工作。这与MC146818不同的是，DS12887固定使用32 768Hz的内部晶体，所以，DV0=“0”，DV1=“1”，DV2=“0”，即只有一种010的组合选择即可启动RTC。 (3) RS3、RS2、RS1、RS0:周期中断可编程方波输出速率选择位。各种不同的组合可以产生不同的输出。程序可以通过设置寄存器B的SQWF和PIE位控制是否允许周期中断方波输出，其寄存器A输出速率选择位如表2.4所示。 表2.4 DS12887控制寄存器A输出速率选择位定义 寄存器A输出速率选择位 32768Hz时的状态 RS3 RS2 RS1 RS0 中断周期 SQWF输出频率 0 0 0 0 无 无 0 0 0 1 3.96625ms 256Hz 0 0 1 0 7.8125ms 128Hz 0 0 1 1 122.07us 8.192kHz 0 1 0 0 244.141us 4.096kHz 0 1 0 1 488.281us 2.048kHz 0 1 1 0 976.562us 1.024kHz 0 1 1 1 1.953125ms 512Hz 1 0 0 0 3.90625ms 256Hz 1 0 0 1 7.812ms 128Hz 1 0 1 0 15.625ms 64Hz 1 0 1 1 31.25ms 32Hz 1 1 0 0 62.5ms 16Hz 1 1 0 1 125ms 8Hz 1 1 1 0 250ms 4Hz 1 1 1 1 500ms 2Hz 寄存器B 寄存器B 允许读写,主要用于控制芯片的工作 状态。寄存器B 的控制字的格式如表4 所列。 表4 DS12887 控制寄存器B各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 SET PIE AIE UIE SQWE DM 24/12 DSE (1) SET 位:当该位为“0”时,芯片处于正常工作状态,每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器。为“1”时,芯片停止工作,程序在此期间可初始化芯片的各个时标寄存器。(2) PIE、AIE、UIE 位:分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位。各位为“1”时,允许芯片发相应的中断。(3) SQWE 位: 方波输出允许位。SQWE =“1”,按寄存器A 输速率选择位所确定的频率输出方波;SQWE =“0”,脚SQW 保持低电平。(4) DM 位:时标寄存器用十进制BCD 码表示或用二进制表示格式选择位。DM =“0”时,为十进制BCD 码;DM =“1”时,为二进制码。(5) 24/ 12 位: 24/ 12 小时模式设置位。24/ 12位=“1”时,为24 小时工作模式;24/ 12 位=“0”时,为12 小时工作模式。(6) DSE 位:夏令时服务位。DSE =“1”,夏时制设置有效,夏时制结束可自动刷新恢复时间;DSE=“0”,无效。 寄存器C 寄存器C 的控制字的格式如表5 所列。该寄存器的特点是程序访问读该寄存器后,该寄存器的内容将自动清零,从而使IRQF 标志位变为高电平,否则,芯片将无法向CPU 申请下一次中断。 表5 DS12887 控制寄存器C各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 IRQF PF AF UF 0 0 0 0 (1) IRQF 位:中断申请标志位。该位逻辑表达式为: IRQF = PF?PIE + AF?AIE + UF?UIE。当IRQF 位变“1”时,引脚将变低电平引发中断申请。(2) PF、AF、UF 位:这三位分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断标志位。只要满足各中断的条件,相应的中断标志位将置“1”。(3) BIT3,BIT0 :未定义的保留位。读出值始终为0 。 寄存器D 寄存器D 为只读寄存器。寄存器D 的控制字的格式如表6 所示。 表6 DS12887 控制寄存器D 各布尔位定义 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 VRT 0 0 0 0 0 0 0 (1) VRT 位:芯片内部RAM 与寄存器内容有 效标志位。该位为“1”时,指芯片内部RAM 和寄存 器内容有效。读该寄存器后,该位将自动置“1”。 (2) BIT6,BIT0 位:保留位。读出的数值始终为0 。 (4)DS12887的中断和更新周期 DS12887处于正常工作状态时，每秒钟将产生一个更新周期，芯片处于更新周期的标志是寄存器A中的UIP位为“1”。在更新周期内，芯片内部时标寄存器数据处于更新阶段，故在该周期内，微处理器不能读芯片时标寄存器的内容，否则将得到不确定数据。更新周期的基本功能主要是刷新各个时标寄存器中的内容，同时秒时标寄存器内容加1，并检查其他时标寄存器内容是否有溢出，如果有溢出则相应进位日、月、年。 为了采样时标寄存器中的数据，DS12887提供了两种避开更新周期内访问时标寄存器的:第一种是利用更新周期结束发出的中断。它可以编程允许在每次更新周期结束后发生中断申请，提醒CPU将有998ms左右的时间去获取有效的数据，在中断之后的998ms时间内，程序可先将时标数据读支芯片内部的不掉电静态RAM中。因为芯片内部的静态RAM和状态寄存器是可随时读写的，在离开中断服务子程序前应清除寄存器C中的IRQF位。另一种是:利用寄存器A中的UIP位来指示芯片是否处于更新周期。在UIP位从低变高244us后，芯片将开始其更新周期，所以检测到UIP位为低电平时，则利用224us的间隔时间去读取时标信息。如检测到UIP位为“1”，则可暂缓读数据，等到UIP变成低电平再去读数据。 (5) DS12887初始化方法 DS12887采取连续工作制，一般无须每次都初始化，即使是系统复位时也如此。但初始化时，首先应禁止芯片内部的更新周期操作，所以先将DS12887状态寄存器B中的SET位置“1”，然后初始化00H,09H时标寄存器和状态寄存器A，此后再通过读状态寄存器C，清除寄存器C中的周期中断标志位PF，报警中断标志位AF，更新周期结束中断标志位UF。通过读寄存器口D中的VRT位，读状态寄存器口后VRT位将自动置“1”，最后将状态寄存器B中的SET位置“0”，芯片开始计时工作。