新型實時時鐘芯片DS12887原理與應用
1. DS12887的功能特點
DS12887是美國達拉斯半導體公司最新推出的時鐘芯片，采用CMOS技術制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關電路集于芯片內(nèi)部，同時它與目前 IBM AT計算機常用的時鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容，可直接替換。采用DS12887芯片設計的時鐘電路勿需任何外圍電路并具有良好的微機接口。DS12887芯片具有微軾耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘場合中。其主要功能如下：

(1)內(nèi)含一個鋰電池，斷電情況運行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。
(2)計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能。
(3)

GND，VCC：直流電源+5V電壓。當5V電壓在正常范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)可讀寫；當VCC低于4.25V，讀寫被禁止，計時功能仍繼續(xù)；當VCC下降到3V以下時，RAM和計時器被切換到內(nèi)部鋰電池。
MOT(模式選擇)：MOT管腳接到VCC時，選擇MOTOROLA時序，當接到GFND時，選擇INTEL時序。
SQW(方波信號同)：SQW管腳能從實時時鐘內(nèi)部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。
AD0～AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復用線)：總線接口，可與MOTOROLA微機系列和INTEL微機系列接口。
AS(地址選通輸入)：用于實現(xiàn)信號分離，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，當使用MOTOROLA時序時，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)動雙向總的時刻，在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時序時，DS稱作(RD)，RD與典型存貯器的允許信號(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時序時，R/W是一電平信號，指示當前周期是讀或?qū)懼芷?，DSO為高電平時，R/W高電平指示讀周期，R/W低電平指示寫周期；選INTEL時序，R/W信號是一低電平信號，稱為WR。在此模式下，R/W管腳與通用RAM的寫允許信號(WE)的含義相同。
CS(片選輸入)：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號必須保持為低。
IRQ(中斷申請輸入)：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷條件滿足時，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(復位輸出)：當該腳保持低電平時間大于200ms，保證DS12887有效復位。
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)的存放實時時鐘時間。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個字節(jié)可直接讀寫。

3.2 時間、日歷和定鬧單元
時間和日歷信息通過讀相應的內(nèi)存字節(jié)來獲取，時間、日歷和定鬧通過寫相應的內(nèi)存字節(jié)設置或初始化，其字節(jié)內(nèi)容可以是十進制或BCD形式。時間可選擇12小時制或24小時制，當選擇12小時制時，小時字節(jié)搞位為邏輯“1”代表PM。時間、日歷和定鬧字節(jié)是雙緩沖的，總是可訪問的。每秒鐘這10個字節(jié)走時1 秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時，讀時間和日歷可能引起錯誤。三個字節(jié)的定鬧字節(jié)有兩種使用方法。第一種，當定鬧時間寫入相應時、分、秒定鬧單元，在定允許鬧位置高的條件下，定鬧中斷每天準時起動一次。第二種，在三個定鬧字節(jié)中插入一個或多個不關心碼。不關心碼是任意從C到FF的16進制數(shù)。當小時字節(jié)的不關心碼位置位時，定鬧為小時發(fā)生一次由于相線小時和分鐘定鬧字節(jié)置不關心位時，每分鐘定鬧一次；當三個字節(jié)都置不關心位時，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。
3.4 中斷
RTC實時時鐘加RAM向處理器提供三個獨立的、自動的中斷源。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。更新結束中斷用于向程序指示一個更新周期完成。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描述每個中斷發(fā)生條件。
3.5 晶振控制位
DS12887出廠時，其內(nèi)部晶振被關掉，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時打開晶振，分頻鏈復位，BIT4～BIT6的其它組合都是使晶振關閉。
3.6 方波輸出選擇
如圖1原理圖所示，15級分步抽著中的13個可用于15選1選擇器，選擇分頻器抽頭的目的是在SQW管腳產(chǎn)生一個方波信號，其頻率由寄存器A的 RS0～RS3位設置。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，通過用程序控制方波輸出允許位SWQE來控制SQW管腳輸出的開關。
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)與相應的時間字節(jié)，如果匹配枵三個字節(jié)都是不關心碼，則產(chǎn)生一次定鬧中斷。

4. DS12887狀態(tài)控制寄存器
DS12887有4個控制寄存器，它們在任何時間都可訪問，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：更新周期正在進行位。當UIP為1，更新轉換將很快發(fā)生，當UIP為0，更新轉換至少在244μs內(nèi)不會發(fā)生。
DV0，DV1，DV2：用于開關晶振和復位分頻鏈。這些位的010唯一組合將打開晶振并允許RTC計時。
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級頻率器13個抽頭中選一個，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，時間更新正常進行，每秒計數(shù)走時一次，當SET位寫入1，時間更新被禁止，程序可初始化時間和日歷字節(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，SQW腳為低。
DM：數(shù)據(jù)模式位，DM為1青蛙為十進制數(shù)據(jù)，而0表明是BCD碼的數(shù)據(jù)。
24/12：小時格式位，1表明24小時械，而0表明12小時械。
DSE：P夏令時允許位，當DSE置1時允許兩個特殊的更新，在四月份的第一時期日、時間從1：59：59AM時改變?yōu)?：00：00AM，當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：中斷申請標志位。當下列表達式中一個或多個為真時，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，所有標志位清零。
AF：定鬧中斷標志位，只讀，AF為1表明現(xiàn)在時間與定鬧時間匹配。
VF：更新周期結束標志位。VF為1表明更新周期結束。
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，平時應總讀出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時鐘芯片和80C31單微機的接口電路如圖4所示。模式選擇腳MOT拉地，選擇不NTEL時序，選擇DS12887時鐘芯片的地址總線及 AS端口和80C31單片微機的P0及ALE端直接相聯(lián)；而DS、R/W讀寫控制線與單片機的RD、WAR控制線相連；DS12887的高位地址由 80C31半日片機的P2.7端口來片選，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)，給單片機提供中斷信號；DS12887的SQW端口可編程產(chǎn)生方波輸出信號。