摘要：介紹了一種基于I2C總線接口的多功能串行芯片X1288的性能特點和工作原理,給出了X1288在電子電能表設計中的應用方法，同時給出了 X1288和AT89C52的連接電路。實際應用表明：X1288能簡化電路設計并可提高硬件的工作效率。 關鍵詞：X1288;I2C總線接口;電子電能表 1 引言 X1288是美國Xicor公司生產的一種集E2PROM、實時時鐘、日歷、CPU監控和兩路報警于一體的多功能集成電路芯片。X1288的時鐘采用一種價格低廉的32.768kHz晶振，具有百分秒、秒、分、時、日、月、年及星期信息，并可設定兩個報警時間，其時鐘和報警寄存器的雙通道結構使得它能在讀寫數據時仍保持時鐘的**性。此外，X1288還可提供32k字節的E2PROM陣列，并具有電源和CPU監控功能。 X1288串行芯片一般采用I2C總線來實現與主控制器的數據交換。I2C是由Philips公司開發的一種用于內部IC控制的雙向二線串行總線，通過該總線可很好地解決現代電子系統中眾多IC之間，及IC與外界的通信需要，并可大大簡化電路設計，提高硬件電路的工作效率。

    X1288芯片具有16腳SOIC或14腳TSSOP小體積封裝形式。圖1為14腳TSSOP封裝的引腳示意圖，各引腳的定義如下： X1、X2：這兩個引腳可分別用作片內振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端。應用時需外接一個32.768kHz的石英晶體，其作用是為系統時鐘/振蕩器提供時間基準。 RESET：復位信號輸出端。當看門狗超時或電壓跌落到固定的VTRIP門限時，此引腳將向主處理器發送一個低電平**的漏極開路輸出信號，以使電路系統快速復位。 SDA：串行數據端，為漏極開路輸出的雙向引腳，用于數據的輸入輸出。實際應用時需接上拉電阻，并應與其它漏極或集電極開路輸出端線相或。該端的輸入緩沖器總是處于激活狀態，輸出電路可通過一個斜率控制的下拉控制輸出信號的下降時間。設計時通常把電路設計成400kHz的二線接口。 SCL：串行時鐘端口。 PHZ/IRQ：可編程頻率/中斷輸出端。當編程為頻率輸出時，該端接到內部振蕩器的輸出腳，以輸出頻率為32.768kHz、4096Hz或1Hz的信號，也可以無信號輸出。當編程為中斷輸出時，該端可在報警發生時激活，以向主機請求中斷。

    VBACK：備用電源輸入端。當VCC小于VBACK-0.2V時，電源控制電路將切換至VBACK供電;而當VCC超過VBACK時，又會自動切回VCC供電方式，圖2所示是其電源控制過程示意圖。 3　X1288的主要寄存器及其功能 X1228中的時鐘/控制寄存器(CCR)位于從E2PROM陣列中分離出來的一個區域，地址位于[000]0h～[003]Fh之間。CCR一般被分成5段，可分別用于狀態寄存器(1字節)、實時時鐘(8字節)、控制寄存器(4字節)、報警寄存器1和報警寄存器0(各8字節)。 3.1 狀態寄存器(SR) 狀態寄存器是易失性的，其地址是003Fh。表1所列是其命令格式，各命令字的具體含義如下： 表1 狀態寄存器(SR) 地址名稱 7 6 5 4 3 2 1 0 缺省值 003Fh SR BAT AL1 AL0 0 0 RWEL WEL RTCF 01h BAT：后備電源標志位。當BAT為“1”時，表明器件在使用后備電源。 AL1、AL0：報警選擇位。X1288中有兩個報警寄存器，若其中的某一報警時間與實時時鐘相同時，相應的AL1或AL0位將變為“1”;當讀取SR的值后，該位又變為“0”。 RWEL：時鐘/控制寄存器(CCR)寫入控制位。對CCR進行寫操作時，必須先使該位為“1”。 WEL：CCR和E2PROM的寫入控制位。在對CCR和E2PROM進行寫操作時，必須先使該位為“1”。同理，如果要寫入時鐘和控制寄存器，也必須先寫“02h”至SR(使RWEL為“1”)，再寫“06h” (使WEL為“1”)。 RTCF：掉電標志位。當全部電源(包括VCC和VBACK)失效后，該位變為 “1”;而在系統再次上電后，如果要對RTC進行第一次**寫操作，則應首先將使該位為“0”。 需要說明的是，雖然SR中的第3、4位沒有使用，但這些位必須置“0”。 圖4 3.2 實時時鐘(RTC) 實時時鐘寄存器的地址0030h～0037h分別對應秒、分、時、日、月、年、星期和百分秒，并采用BCD碼表示。通過啟動一條讀命令并確定相應的地址，即可讀取時間信息。因為時鐘是連續運行的，而每次讀操作都需要一定的時間，這就有可能在讀操作過程中使時間發生改變。本器件是由讀命令將時間鎖存在分立的鎖存器中，因而可以避免讀操作過程中時間發生變化。當一次讀出并不是由讀操作引起時，系統將發出報警。 可以通過向RTC寄存器中寫入數據來設定時間和日期。通過一次不**連續的寫操作可避免改變當前時間，在RTC數據輸入字節之前的ACK位時，時鐘的下降沿會將當前的時間值裝載到分立的緩沖器中，以使時鐘繼續運行。而此時新的串行輸入數據將取代緩沖器的值。當**的寫操作結束后，系統產生停止位時，這個新值才被裝載到RTC寄存器中。向RTC寫入單個字節并不對其它字節的數據產生影響。 當X1288在VCC和VBACK都失效以后，即使再次上電后，其時鐘也將停止增加，直到在時鐘寄存器中進行至少一個字節的寫操作以后。 讀出和設定時鐘應注意：百分秒寄存器(SSEC)是只讀的;小時寄存器(HR)中的MIL位是12/24時制選擇位“1”為24時制，“0”為12時制，H21位是AM/PM標志位“1”代表PM，“0”代表AM;星期中的七天只用三位(DY0～2)來計數，其值在0～6之間循環，數字所代表星期中的哪一天可由設計者決定，缺省值為0。 3.3 控制寄存器 表2所示是4個控制寄存器的命令字列表，其中的DTR是數字化微調寄存器，它的作用是調整每秒的計數值和ppm誤差，以便在長時間內獲得更好的計時精度。DTR2是符號位，“1”為正補償，“0”為負補償;DTR1、DTR0可分別提供10ppm、20ppm的補償。由DTR0～DTR2三位可表示-30ppm～+30ppm的補償范圍。 表2 控制寄存器 地址名稱 7 6 5 4 3 2 1 0 缺省值 0013h DTR 0 0 0 0 0 DTR2 DTR1 DTR0 00h 0012h ATR 0 0 ATR5 ATR4 ATR3 ATR2 ATR1 ATR0 00h 0011h INT IM AL1E AL0E FO1 FO0 只讀只讀只讀 00h 0010h BL BP2 BP1 BP0 WD1 WD0 只讀只讀只讀 00h ATR寄存器用來微調X1和X2之間的片內負載電容，其范圍從+116ppm～-37ppm，具體電容值的大小可由下式計算： CART=[(ATR的十進制值)%26;#215;0.25]+11.0pF 實際上，數字和模擬結合起來的微調范圍可高達+146ppm。BL中的BP2～BP0位是塊保護位，這些位可用來決定對E2 PROM陣列中8個保護段的某些具體段提供寫保護(參見表3所列);WD1、WD0用來設置看門狗時限。 表3 塊保護位與E2PROM陣列保護區 BP2 BP1 BP0 被保護的地址陣列中被鎖部分 0 0 0 無無 0 0 1 6000h～7FFFh 高端1/4 0 1 0 4000h～7FFFh 高端1/2 0 1 1 0000h～7FFFh 全陣列 1 0 0 0000h～007Fh 第一頁 1 0 1 0000h～00FFh 第二頁 1 1 0 0000h～01FFh 前四頁 1 1 1 0000h～03FFh 前八頁INT是中斷控制和頻率輸出寄存器，其中AL1E和AL0E是報警中斷信號(IRQ)的輸出使能位，這兩位分別結合SR中的AL1和AL0，可用來指示報警是否發生;IM是脈沖中斷方式控制位，當報警條件匹配時，IRQ將輸出一個單次脈沖，若IM設為“1”，則脈沖輸出是周期性的;FO1和FO0是頻率輸出控制位，主要用于選擇內部振蕩器的三種分頻輸出之一并在PHZ端輸出。 3.4 報警寄存器 X1288有兩個報警寄存器，地址分別在0000h～0007h和0008h～000Fh，通過這兩個報警寄存器可設置兩個報警時間。報警寄存器的內容與RTC很類似，不同之處在于其*高位被設置為使能位，而取消了HR中的12/24時制控制位。使能位規定了哪些寄存器可用來與實時時鐘寄存器作比較。通過設置EMOn位并結合其它使能位和特定的報警時間，用戶可以建立在每年的同一時間(精確到秒)觸發一次報警。用戶可以通過輪詢AL0和AL1軟標志來確定一次報警的發生，或者使能IRQ輸出作為一個硬件報警標志。當所有的使能位都被設置成“0”時，整個系統無報警。 4　I2C總線數據傳送方式 X1288在應用時一般作為從器件通過串行I2C總線來實現與主控制器的通信。其中，SDA用來接收、發送數據;SCL用于接收產生的同步脈沖，當SCL為低時，SDA上的數據發生變化，為高時表明可以接收SDA上的數據。 I2C總線在SCL為高且SDA線上出現一個下降沿時啟動;而在SCL為高且SDA線上出現一個上升沿時停止。啟動和停止信號都由主控器產生，這樣，總線上帶有I2C接口的器件就能很容易地檢測到這些信號。但對于不具備這種接口的單片機來說，為了能夠**地檢測到這些信號，必須保證在總線的一個時鐘周期內對SDA線至少進行兩次采樣。 I2C總線上的應答信號是用于表明數據傳輸成功的信號。當發送的設備發送了啟動位和8位數據之后，在第9個SCL**時，接收設備將使SDA為低以產生**的應答信號，該信號可用來說明數據已成功接收。當接收設備發送了表明數據已成功接收的應答信號之后，發送設備可選擇繼續發送數據或發送停止位以結束發送，如發送設備沒有收到接收設備的應答信號，則說明發送失敗，此時應重發。 一般情況下，I2C總線上可同時接多個設備，每個器件都有唯一的地址。X1288有兩個從設備地址(從地址的高4位)：其中1010為訪問E2PROM陣列;1101為訪問CCR。從地址的3～1位為器件的選擇位，它們規定為111，*低位R/W用于定義此操作是讀或寫。I2C總線上傳送的每一個字節為8位，而啟動一次I2C總線后傳輸的字節數可以是一個，也可以是多個。每傳送一個字節后，都必須跟隨一個應答位，并且先發送的數據位為*高位。在全部數據傳送結束后主控制器發送終止信號。X1288有兩種寫操作方式，分別為單字節寫或頁面寫。圖4所示是對X1288完成一個字節的寫操作時序，由圖可見，寫操作共由四個字節組成，其中包括一個從地址字節、一個要訪問的地址字(2字節)、一個字節的操作數。采用頁面寫時，它將以和單字節寫操作相同的方式啟動，但在第一個字節傳送之后不結束寫周期，主機可發送多于63個字節到存儲器陣列和多于7個字節到CCR。X1288有三種基本的讀操作方式：當前地址讀、隨機讀和序列讀。

    5　應用實例 在多用戶電子電能表的設計中，X1288的實時時鐘可保證系統時間的**性，并為多費率的電價計量等提供**的時間;當由于外部干擾而產生死循環時，單片機能自動復位;32k字節的E2PROM則可用于保證所有用戶的電能累積值、預交電費余額和異常故障等重要數據的可靠保存和靈活更改;當系統掉電時，系統中的電源管理系統將會自動轉為鋰離子電池供電方式。 X1288與單片機的接線如圖5所示， 由于AT89C52本身沒有帶I2C總線接口，設計中使用P1.6/ P1.7作為I2C總線接口的SCL/SDA。本電路為單主系統，單片機只對X1288進行讀寫操作，因此可通過對I2C總線典型信號的時序模擬編制應用程序。文獻2中提供了一套I2C總線數據模擬傳送的通用軟件包，可方便地作為讀寫子程序來設計系統軟件，其中包括基本的啟動、停止、發送應答位、發送非應答位的子程序，同時還有應答位檢查、發送一個字節數據、接收一個字節數據、發送n個字節數據和接收n個字節數據等子程序。 6　結束語 X1288作為微處理器的外圍器件，它把*基本的功能組合在了一起，因而具有較高的性價比，可大大降低電路板的空間和功耗，因此，是系統可靠運行的關鍵器件。