2018年01月07日 | 时钟芯片ds12c887的驱动程序

新型实时时钟芯片DS12887原理与应用
1. DS12887的功能特点
    DS12887是美国达拉斯半导体公司最新推出的时钟芯片，采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部，同时它与目前 IBM AT计算机常用的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容，可直接替换。采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下：

    (1)内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。
    (2)计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。
    (3)

    GND，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和计时器被切换到内部锂电池。
    MOT(模式选择)：MOT管脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GFND时，选择INTEL时序。
    SQW(方波信号同)：SQW管脚能从实时时钟内部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客脚有两种操作模式，取决于MOT管脚的电平，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管脚也有两种操作模式。选MOTOROLA时序时，R/W是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DSO为高电平时，R/W高电平指示读周期，R/W低电平指示写周期；选INTEL时序，R/W信号是一低电平信号，称为WR。在此模式下，R/W管脚与通用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，保证DS12887有效复位。
3. DS12887的内部功能
3.1 地址分配图
    DS12887的地下分配图如图3所示，由114字节的用户RAM，10字节的存放实时时钟时间。日历和定闹RAM及用于控制和状态的4字节特殊寄存器组成，几乎所有的128个字节可直接读写。

3.2 时间、日历和定闹单元
    时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定闹通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或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，小时字节搞位为逻辑“1”代表PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。每秒钟这10个字节走时1 秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定闹时间写入相应时、分、秒定闹单元，在定允许闹位置高的条件下，定闹中断每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从C到FF的16进制数。当小时字节的不关心码位置位时，定闹为小时发生一次由于相线小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。
3.3 非易失RAM
    在DS12887中，114字节通用非易失RAM不专用于任何特殊功能，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。
3.4 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 122μs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。
3.5 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为010时打开晶振，分频链复位，BIT4～BIT6的其它组合都是使晶振关闭。
3.6 方波输出选择
    如图1原理图所示，15级分步抽着中的13个可用于15选1选择器，选择分频器抽头的目的是在SQW管脚产生一个方波信号，其频率由寄存器A的 RS0～RS3位设置。SQW频率选择与周期中断发生器共离15选1选择器，一旦频率选择好，通过用程序控制方波输出允许位SWQE来控制SQW管脚输出的开关。
3.7 周期中断选择
    周期中断可在IRQ脚产生500ms一次到每122μs一次的中断，中断频率同样由寄存A确定，它的控制位为寄存器B中的PIE位。
3.8 更新周期
    DS12887每秒执行一次更新周期还比较每一定闹字节与相应的时间字节，如果匹配枵三个字节都是不关心码，则产生一次定闹中断。

4. DS12887状态控制寄存器
    DS12887有4个控制寄存器，它们在任何时间都可访问，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：更新周期正在进行位。当UIP为1，更新转换将很快发生，当UIP为0，更新转换至少在244μs内不会发生。
    DV0，DV1，DV2：用于开关晶振和复位分频链。这些位的010唯一组合将打开晶振并允许RTC计时。
    表1列了邮周期中断率和方波频率。
    RS3，RS2，RS1，RS0：频率选择位，从15级频率器13个抽头中选一个，或禁止分频器输入，选择好的抽头用于产生方波(SQW管脚)输出和周期中断，用户可以：
    (1)用PIE位允许中断：
    (2)用SQWE位允许SQAW输出；
    (3)二者同时允许并用相同的频率；
    (4)都不允许
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为0，时间更新正常进行，每秒计数走时一次，当SET位写入1，时间更新被禁止，程序可初始化时间和日历字节。
    PIE：周期中断劲旅位，PIE为1，则允许以选定的频率拉低IRQ管脚，产和不足齿数民：PIE为0，则禁止中断。
    AIE：定闹中断允许位，PIE为1，允许中断，否则禁止中断。
    SQWE：方波允许位，置1选定频率方波从SQW脚输出；为0-时，SQW脚为低。
    DM：数据模式位，DM为1青蛙为十进制数据，而0表明是BCD码的数据。
    24/12：小时格式位，1表明24小时械，而0表明12小时械。
    DSE：P夏令时允许位，当DSE置1时允许两个特殊的更新，在四月份的第一时期日、时间从1：59：59AM时改变为1：00：00AM，当DSE位为0，这种特殊修正不发生。
4.3 寄存器C

BIT7 
 BIY6 
 BIT5 
 BIT4 
 BIT3 
 BIT2 
 BIT1 
 BIT0 
 
IRQF 
 PF 
 AF 
 VF 
 0 
 0 
 0 
 0 
 

    IRQF：中断申请标志位。当下列表达式中一个或多个为真时，置1。
    PF=PIE=1；AF=AIE=1；
    UF=UIE=1；
    即：IRQF=PF·PIE+AF·AIE+UF·UIE
    只要IRQF为1，IRQ管脚输出低 ，程序读寄存器C以后或RESET管脚为低后，所有标志位清零。
   AF：定闹中断标志位，只读，AF为1表明现在时间与定闹时间匹配。
    VF：更新周期结束标志位。VF为1表明更新周期结束。
    BIAT0～BIT3：未用状态位，读出总为0，不能写入。
4.4 寄存器D

BIT7 
 BIT6 
 BIT5 
 BIT4 
 BIOT3 
 BIT2 
 BIT1 
 BIT0 
 
VRT 
 0 
 0 
 0 
 0 
 0 
 0 
 0 
 

    VRT：内部锂电池状态位，平时应总读出1，如出现0，表明内部锂电池耗 尽。
    BIT0～BIT6：未用状态位，读出总为0，不能写入。
5. 硬件接口电路
    DS12887时钟芯片和80C31单微机的接口电路如图4所示。模式选择脚MOT拉地，选择不NTEL时序，选择DS12887时钟芯片的地址总线及 AS端口和80C31单片微机的P0及ALE端直接相联；而DS、R/W读写控制线与单片机的RD、WAR控制线相连；DS12887的高位地址由 80C31半日片机的P2.7端口来片选，则DS12887的高8位地址定为7FH，而其低8侠地址则由芯片内部各单元的地址来决定(00H～3FH)； DS12887的中断输出端IRQ和80C的外部INT0端相联，给单片机提供中断信号；DS12887的SQW端口可编程产生方波输出信号。

6. 接口软件
    下面为DS12887时钟芯片和80C31单片机的接口软件，假定采用每天24小时制的非夏令时，时间数据格式为BCD码，初始化时间为1996年1月1 日9时00分00秒，1k方波输出。时钟芯片每一秒种向单片机申请中断一次，一方面让单片机修改一次时钟显示，另一方面也给单片微机系统提供时间基准。
    (1)DS12887时钟芯片的初始化写入程序
    MOV DPTR，#7F0AH；寄存器A地址
    MOV  A，#70H：DV2～DV0=111，分频复位
    MOVX  @ DPTR，AA
    INC  DPTR：到寄存器B地址
    MOV  A，#8AH：停止更新，允许更新中断，选BCD码，24小时制
    MOVX  @DPRT，A
    MOV  QPL，#00H，秒单元地址
    CLR  A：00秒
    MOVX  @DPTR，A
    MOV DPL，#02H；分单元地址
    CLR  A：00分
    MOVX @DPTR，A
    MOV DPL，#04H；时单元地址
    MOV  A，#09H；9时
    MOVX  @DPTR，A
    MOV  DPL#07H；日单元地址
    MOV  A，@01H：1日
    MOVX　＠DPTR，A
　　INC　DPTR：到月单元地址
　　MOV　A，＃01H；1月
    MOVX  @DPTR，A
    IC  DPTR：到年单元地址
    MOV  A，#96H；1996年
    MOVX  @DPTR，A
    INC  DPTR；到寄存器A地址
    MOV  A，#26H；DV2～DV0=010  RS3～RS0=0110
    MOVX  @DPTR，A：选周期中断率为976.5625μs，允许方波输出，频率1kHz
    INC  DPTR：到寄存器B
    MOV   A，#1AH；每秒更新一次，允许方波输出，24小时制
    MOVX  @DPTR，A：时钟开始运行
    (2)读取DS12887时钟日历数据程序
    DS12887的日历时钟通常有中断和查询两种方法读出。但在读数据时，首先要判断数据是否更新结束，只有在数据更新结束时数据读出才有效。
    ①采用查询法读取数据：
    查询寄存器A的UIP位，当UIP=0时，数据更新结束，可以读出。以下是采用查询方法，从秒至年单元的数据读出后存入80C31内部RAM的30～35H单元中，该部分程序如下：
    MOV  DPTR，#7F0AH；寄存器A地址
    MOVX  A，@DPTR
    WAIT：JB  ACC，7，WAIT：UIP=1则等待更新完毕
    MOV  DPL，@00H；秒地址
    MOV  R0，#30H；取目标首地址
    MOVX   A，@DPTR；取秒数据
    MOV  @R0，A：送入80C31的内部RAM缓冲区
    IC  DPTR：移指针
    IC  R0
    ；以下略
    ②采用中断法读取数据
    当DS12887发出中断请示，单片微机可以响应中断而读取日历数据。对于更新结束中断，中断时更新结束，数据有效，可以直接读取日历数据；对于闹钟中断和周期中断也需查询寄存器A的UIP位，当UIP=0时，数据更新结束，再读出日历时钟，具体指令这里不再列出。

#include  

/* 命令常量定义 */ 
#define CMD_START_DS12C887     0x20            /* 开启时钟芯片  
*/ 
#define CMD_START_OSCILLATOR 0x70            /* 开启振荡器， 
处于抑制状态 */ 
#define CMD_CLOSE_DS12C887     0x30            /* 关掉时钟芯片  
*/ 
/* 所有的置位使用或操作，清除使用与操作 */ 
#define MASK_SETB_SET         0x80            /* 禁止刷新 */ 
#define MASK_CLR_SET         0x7f            /* 使能刷新 */ 
#define MASK_SETB_DM         0x04            /* 使用HEX格式  
*/ 
#define MASK_CLR_DM             0xfb            /* 使 
用BCD码格式 */ 
#define MASK_SETB_2412         0x02            /* 使 
用24小时模式 */ 
#define MASK_CLR_2412         0xfd            /* 使用12小时模 
式 */ 
#define MASK_SETB_DSE         0x01            /* 使用夏令时 */ 
#define MASK_CLR_DSE         0xfe            /* 不使用夏令时  
*/ 

/* 寄存器地址通道定义 */ 
xdata char chSecondsChannel _at_ 0xdf00; 
xdata char chMinutesChannel _at_ 0xdf02; 
xdata char chHoursChannel   _at_ 0xdf04; 
xdata char chDofWChannel    _at_ 0xdf06; 
xdata char chDateChannel    _at_ 0xdf07; 
xdata char chMonthChannel   _at_ 0xdf08; 
xdata char chYearChannel    _at_ 0xdf09; 
xdata char chCenturyChannel _at_ 0xdf32; 
xdata char chRegA    _at_ 0xdf0a; 
xdata char chRegB    _at_ 0xdf0b; 
xdata char chRegC    _at_ 0xdf0c; 
xdata char chRegD    _at_ 0xdf0d; 

/* 函数声明部分 */ 
void StartDs12c887(void); 
void CloseDs12c887(void); 
void InitDs12c887(void); 
unsigned char GetSeconds(void); 
unsigned char GetMinutes(void); 
unsigned char GetHours(void); 
unsigned char GetDate(void); 
unsigned char GetMonth(void); 
unsigned char GetYear(void); 
unsigned char GetCentury(void); 
void SetTime(unsigned char chSeconds,unsigned char chMinutes,unsigned char  
chHours); 
void SetDate(unsigned char chDate,unsigned char chMonth,unsigned char chYear); 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来启动时钟芯片工作 
应用范围：仅在时钟芯片首次使用时用到一次 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
void StartDs12c887(void) 
{ 
    chRegA = CMD_START_DS12C887; 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来关闭时钟芯片 
应用范围：一般用不到 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
void CloseDs12c887(void) 
{ 
    chRegA = CMD_CLOSE_DS12C887; 
} 

void InitDs12c887() 
{ 
    StartDs12c887(); 
    chRegB = chRegB | MASK_SETB_SET;        /* 禁止刷新 */ 
    chRegB = chRegB & MASK_CLR_DM | MASK_SETB_2412 \ 
                    & MASK_CLR_DSE; 
                             
                /* 使用BCD码格式、24小时模式、不使用 
夏令时 */ 
    chCenturyChannel = 0x21;                /* 设 
置为21世纪 */ 
    chRegB = chRegB & MASK_CLR_SET;            /* 使能刷新 */ 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取秒字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetSeconds(void) 
{ 
    return(chSecondsChannel); 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取分字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetMinutes(void) 
{ 
    return(chMinutesChannel); 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取小时字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetHours(void) 
{ 
    return(chHoursChannel); 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取日字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetDate(void) 
{ 
    return(chDateChannel); 
} 
/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取月字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetMonth(void) 
{ 
    return(chMonthChannel); 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取年字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetYear(void) 
{ 
    return(chYearChannel); 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来从时钟芯片读取世纪字节 
应用范围： 
入口参数： 
出口参数： 
*************************************************************/    
unsigned char GetCentury(void) 
{ 
    return(chCenturyChannel); 
}     

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来设置时钟芯片的时间 
应用范围： 
入口参数：chSeconds、chMinutes、chHours是设定时间的压缩BCD码 
出口参数： 
*************************************************************/    
void SetTime(unsigned char chSeconds,unsigned char chMinutes,unsigned char  
chHours) 
{ 
    chRegB = chRegB | MASK_SETB_SET;        /* 禁止刷新 */ 
    chSecondsChannel = chSeconds; 
    chMinutesChannel = chMinutes; 
    chHoursChannel = chHours; 
    chRegB = chRegB & MASK_CLR_SET;            /* 使能刷新 */ 
} 

/*************************************************************  
函数功能：该函数用来设置时钟芯片的日期 
应用范围： 
入口参数：chDate、chMonth、chYear是设定日期的压缩BCD码 
出口参数： 
*************************************************************/    
void SetDate(unsigned char chDate,unsigned char chMonth,unsigned char chYear) 
{ 
    chRegB = chRegB | MASK_SETB_SET;        /* 禁止刷新 */ 
    chDateChannel = chDate; 
    chMonthChannel = chMonth; 
    chYearChannel = chYear; 
    chRegB = chRegB & MASK_CLR_SET;            /* 使能刷新 */ 

}