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高精度的实时时间芯片X1288的原理及应用
高精度的实时时间芯片X1288的原理及应用 关键词：RTC X1288 高精度 精度调节 引言 X1288是Xicor公司最新推出的高精度多功能时间芯片。除了提供高精度的 时间外，还提供了片内的32K×8位的EEPROM、看门狗、2个警告和备和电源的 自动切换、频率输出等大量实用的功能。由于它使用的外部晶振可以选用低价格 的32.768kHz晶体振荡器，所以芯片的价格便宜。它提供的时间分辨率为1/100s， 以及小于5×10 -6的年变化率，使得它得以在手机、POS设备、智能仪表、控制装 置及其它电子领域中得以广泛的应用，而且还可以作为低精度仪表的时间校准。1 X1288简介 X1288的引脚如图1所示。
X1288共有两种封装形式：一种是16引脚的SOIC封装（表面帧式），另一 种为14引脚的TSSOP封装（双列直插式）。
图1 X1，X2：外接32.768kHz晶振的引脚。
RESET：复位信号输出，作为看门狗时使用。
Vss：数字地。
SDA：用于串行传输数据的输入与输出双向引脚。引脚为开漏输出，因此 需要接上拉电阻，线上的传输速度最高达400kHz。
SCL：串行时钟输入脚。
PHZ/IRQ：多功能复用引脚。
功能1——可编程的频率输出。可以输出32.768kHz、100Hz、1Hz或不激 活四种状态。功能2——中断输出。提醒上位机一个定时警告已产生，低电平表示激活。
VBACK：后备支撑电源引脚输入端。
Vcc：主电源。
NC：无内部连接。
2 X1288的内部框图及其工作原理 X1288内部由振荡电路、分频电路、计时单元、晶振补偿单元、时间保存 寄存器、警告寄存器、256Kb EEPROM、状态寄存器、控制寄存器、串行接口译 码器、控制译 码单元、看门狗定时器、低电平复位电路等组成。内部框图如图2 所示。
图2 由于上位机是通过控制X1288的各寄存器对芯片进行操作的。因此，主要介 绍内部寄存器及实现高精度定时的调节原理。
X1288内部共有可用的寄存器64个，其中0x00～0x37和0x3f已经使用。分 别为状态寄存器、时间寄存器、控制寄存器、报警寄存器0、报警寄存器1。
2.1 主要寄存器介绍 状态寄存器（SR）是易失性的，其地址是03H，命令格式如下：
BAT：后备电源标志。BAT为“1”，表明器件在使用后备电源。
AL1、AL0：报警选择位。X1288中有两个报警寄存器。若其中的某一报 警时间与实时时钟相同时，相应的AL1和AL0位将变为“1”；
当读取SR的值后， 该位又变为“0”。
RWEL：时钟/控制寄存器写入控制位。对控制寄存器进行写操作时，必须 先使该位为“1”。
WEL：控制寄存器和内部的EEPROM的写入控制位。在对它们进行写操 作时，必须先使该位为“1”。但是要对它进行写，先要写RWE1位为“1”，即先写“02H”到状态寄存器，再写“06H”到状态寄存器才可以。
RTCF：掉电标志位。当全部电源包括Vcc和VBACK失效后，该闰变为“1”；
而在系统再次上电后，如果要对RTC进行第一次有效写操作，则应首先使该位为 “0”。
2.2 计时精度调节原理 为了实现高精度的定时，X1288主要通过芯片内部的晶振补偿单元的数字 微调寄存器和模拟微调寄存器来实现。这两个寄存器为非易失性的，掉电之后数 据也不会丢失。数字微调寄存器（DTR）应用3位DTR2、DTR1、DTR0来调节每 秒的计算次数和平均错误，获得更好的精度。其中DTR2为符号位：DTR2=0，频 率补偿为正；
DTR2=1，频率补偿为负。DTR1、DTR0是数值位，DTR1提供10×10 -6的调整范围。DTR0提供20×10 -6的调节范围。三个位组合起来提供-30×10 -6 ～+30×10 -6的调节。模拟微调寄存器（ATR）共有ATR5～ATR0的6个模拟微调 位，用于调节芯片内加载电容的大小。加载电容的大小为3.25pF～18.75pF。内部 电容大小的计算公式如下：
CATR=（ATR value×0.25pF）+11.0pF 典型可调节的晶振频率范围上下偏差为+116×10 -6～-37×10 -6。两个微调 寄存器相结合，最大可调节+146×10 -6，实现高精度的定时微调。
图3 3 应用 3．1 X1288与CPU连接的原理图 X1288与89C92的连接比较简单，如图3所示。有点要注意的是，在SCL、 SDA和RESET引脚要接上拉电阻。
3．2 为实现高精度定时的PCB设计 由于X1288的晶振输入引脚X1的输入阻抗非常高，会从电路板上的其它电 路中拾取高频信号；
同时，输入引脚X2接晶振的另外一个引脚，它也是一个敏 感节点。另外，高频的噪声信号能够从两个节点注入晶振电路，产生双倍的时钟 或杂乱的时钟信号，严重影响定时器的精确定。因此，需要小心设计的电路的布线，以避免哭声信号的拾取。在设计中，连接到X1、X2的晶振引脚要尽可能的 短，而且最好在晶振周围布上宽的地线，以减少噪声的侵入。但是，在X1、X2 引脚边要避免布地线，以防止增加X1、X2引脚的输入负载电容。还有，在Vcc 与地线之间一定要接上一个非极性的电容。典型的布线如图4所示。
3．3 软件介绍 X1288与CPU的接口方式，遵循标准的I2C总线协议格式。即首先主器件 发出启动信号，其次是命令帧、地址帧和数据帧格式。所有的命令、数据和地址 字节首先传输最高位。关于I2C总线的格式在各种论文中已有详细描述。以下是 C51对X1288进行基本操作的程序。
（1）读X1288的程序 uchar Read_x1288(void)/*读一个字节的数据*/ { 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*/ else temp=temp0xfe;
/*否则temp的最低位清0*/ if(BitCounter-1) {temp=temp1;}BitCounter--;
}while(BitCounter);
Scl_x1288=Low;
return(temp);};
(2)写x1288的程序 void Write_x1288(uchar TempData)/*写数据子程序*/ {uchar BitCounter=8;
/*位数控制*/ uchar temp;
/*中间变量控制*/ temp=TempData;
Scl_x1288=Low;
do{ Scl_x1288=Low;
_nop_();_nop_();
Sda_x1288=((temp 0x80)1:0);
_nop_();_nop_();
Scl_x1288=High;
_nop_();_nop_();
temp=temp1;
BitCounter--;
}while(BitCounter);
Scl_x1288=Low;} 4 小结 实验证明，X1288多功能高精度时间芯片与其它时钟芯片相比，有精度高、 功能全、使用灵活简单，性能价格比极高的特点。在实际应用中，作为低精度计时器的校时，也完全可行。它具有很高的应用价值。
