I2C串行芯片X1288及其在电子电能表中的应用

　　关键词：X1288；I2C总线接口；电子电能表

１ 引言

　　Ｘ１２８８是美国Ｘｉｃｏｒ公司生产的一种集Ｅ２ＰＲＯＭ、实时时钟、日历、ＣＰＵ监控和两路报警于一体的多功能集成电路芯片。Ｘ１２８８的时钟采用一种价格低廉的３２．７６８ｋＨｚ晶振，具有百分秒、秒、分、时、日、月、年及星期信息，并可设定两个报警时间，其时钟和报警寄存器的双通道结构使得它能在读写数据时仍保持时钟的准确性。此外，Ｘ１２８８还可提供３２ｋ字节的Ｅ２ＰＲＯＭ阵列，并具有电源和ＣＰＵ监控功能。

　　Ｘ１２８８串行芯片一般采用Ｉ２Ｃ总线来实现与主控制器的数据交换。Ｉ２Ｃ是由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司开发的一种用于内部ＩＣ控制的双向二线串行总线，通过该总线可很好地解决现代电子系统中众多ＩＣ之间，及ＩＣ与外界的通信需要，并可大大简化电路设计，提高硬件电路的工作效率。

２ Ｘ１２８８的引脚定义

　　Ｘ１２８８芯片具有１６脚ＳＯＩＣ或１４脚ＴＳＳＯＰ小体积封装形式。图１为１４脚ＴＳＳＯＰ封装的引脚示意图，各引脚的定义如下：

　　Ｘ１、Ｘ２：这两个引脚可分别用作片内振荡器的反相放大器的输入和输出端。应用时需外接一个３２．７６８ｋＨｚ的石英晶体，其作用是为系统时钟／振荡器提供时间基准。

　　ＲＥＳＥＴ：复位信号输出端。当看门狗超时或电压跌落到固定的ＶＴＲＩＰ门限时，此引脚将向主处理器发送一个低电平有效的漏极开路输出信号，以使电路系统快速复位。

　　ＳＤＡ：串行数据端，为漏极开路输出的双向引脚，用于数据的输入输出。实际应用时需接上拉电阻，并应与其它漏极或集电极开路输出端线相或。该端的输入缓冲器总是处于激活状态，输出电路可通过一个斜率控制的下拉控制输出信号的下降时间。设计时通常把电路设计成４００ｋＨｚ的二线接口。

　　ＳＣＬ：串行时钟端口。

　　ＰＨＺ／ＩＲＱ：可编程频率／中断输出端。当编程为频率输出时，该端接到内部振荡器的输出脚，以输出频率为３２．７６８ｋＨｚ、４０９６Ｈｚ或１Ｈｚ的信号，也可以无信号输出。当编程为中断输出时，该端可在报警发生时激活，以向主机请求中断。

　　ＶＢＡＣＫ：备用电源输入端。当ＶＣＣ小于ＶＢＡＣＫ－０．２Ｖ时，电源控制电路将切换至ＶＢＡＣＫ供电；而当ＶＣＣ超过ＶＢＡＣＫ时，又会自动切回ＶＣＣ供电方式，图２所示是其电源控制过程示意图。

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３　Ｘ１２８８的主要寄存器及其功能

　　Ｘ１２２８中的时钟／控制寄存器（ＣＣＲ）位于从Ｅ２ＰＲＯＭ阵列中分离出来的一个区域，地址位于[０００]０ｈ～[００３]Ｆｈ之间。ＣＣＲ一般被分成５段，可分别用于状态寄存器（１字节）、实时时钟（８字节）、控制寄存器（４字节）、报警寄存器１和报警寄存器０（各８字节）。

３.１ 状态寄存器（ＳＲ）

　　状态寄存器是易失性的，其地址是００３Ｆｈ。表１所列是其命令格式，各命令字的具体含义如下：

　　表1 状态寄存器（SR）

　　ＢＡＴ：后备电源标志位。当ＢＡＴ为“１”时，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或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（ＣＣＲ）写入控制位。对ＣＣＲ进行写操作时，必须先使该位为“１”。

　　ＷＥＬ：ＣＣＲ和Ｅ２ＰＲＯＭ的写入控制位。在对ＣＣＲ和Ｅ２ＰＲＯＭ进行写操作时，必须先使该位为“１”。同理，如果要写入时钟和控制寄存器，也必须先写“０２ｈ”至ＳＲ（使ＲＷＥＬ为“１”），再写“０６ｈ” （使ＷＥＬ为“１”）。

　　ＲＴＣＦ：掉电标志位。当全部电源（包括ＶＣＣ和ＶＢＡＣＫ）失效后，该位变为 “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，则应首先将使该位为“０”。

　　需要说明的是，虽然ＳＲ中的第３、４位没有使用，但这些位必须置“０”。

３.２ 实时时钟（ＲＴＣ）

　　实时时钟寄存器的地址００３０ｈ～００３７ｈ分别对应秒、分、时、日、月、年、星期和百分秒，并采用ＢＣＤ码表示。通过启动一条读命令并确定相应的地址，即可读取时间信息。因为时钟是连续运行的，而每次读操作都需要一定的时间，这就有可能在读操作过程中使时间发生改变。本器件是由读命令将时间锁存在分立的锁存器中，因而可以避免读操作过程中时间发生变化。当一次读出并不是由读操作引起时，系统将发出报警。

　　可以通过向ＲＴＣ寄存器中写入数据来设定时间和日期。通过一次不完全连续的写操作可避免改变当前时间，在ＲＴＣ数据输入字节之前的ＡＣＫ位时，时钟的下降沿会将当前的时间值装载到分立的缓冲器中，以使时钟继续运行。而此时新的串行输入数据将取代缓冲器的值。当有效的写操作结束后，系统产生停止位时，这个新值才被装载到ＲＴＣ寄存器中。向ＲＴＣ写入单个字节并不对其它字节的数据产生影响。

　　当Ｘ１２８８在ＶＣＣ和ＶＢＡＣＫ都失效以后，即使再次上电后，其时钟也将停止增加，直到在时钟寄存器中进行至少一个字节的写操作以后。

　　读出和设定时钟应注意：百分秒寄存器（ＳＳＥＣ）是只读的；小时寄存器（ＨＲ）中的ＭＩＬ位是１２／２４时制选择位“１”为２４时制，“０”为１２时制，Ｈ２１位是ＡＭ／ＰＭ标志位“１”代表ＰＭ，“０”代表ＡＭ；星期中的七天只用三位（ＤＹ０～２）来计数，其值在０～６之间循环，数字所代表星期中的哪一天可由设计者决定，缺省值为０。

３.３ 控制寄存器

　　表２所示是４个控制寄存器的命令字列表，其中的ＤＴＲ是数字化微调寄存器，它的作用是调整每秒的计数值和ｐｐｍ误差，以便在长时间内获得更好的计时精度。ＤＴＲ２是符号位，“１”为正补偿，“０”为负补偿；ＤＴＲ１、ＤＴＲ０可分别提供１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ的补偿。由ＤＴＲ０～ＤＴＲ２三位可表示－３０ｐｐｍ～＋３０ｐｐｍ的补偿范围。

　　表2 控制寄存器

　　ＡＴＲ寄存器用来微调Ｘ１和Ｘ２之间的片内负载电容，其范围从＋１１６ｐｐｍ～－３７ｐｐｍ，具体电容值的大小可由下式计算：

　　ＣＡＲＴ＝[（ＡＴＲ的十进制值）