时钟芯片SD2200ELP与AVR单片机TWI接口控制的设计

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        在提升机制动闸瓦间隙实时在线检测的设计中,需要保存故障时间和故障数据。

        大部分仪器仪表中都要使用时钟芯片,但是很多的实时时钟芯片(如PCF8563)没有掉电保护,须外接晶振和电池,比较麻烦。而深圳兴威帆电子技术有限公司生产的SD2200ELP是内置32 KBE2PROM的串行实时时钟芯片,不需要外接器件支持,连线简单、可靠,提供的数据精确,断电后也能继续工作。微控制器采用Atmel公司的ATmegal6单片机,利用AT-megai6的硬件TWI接口可直接对SD2200ELP进行操作,无需软件模拟I2C方式,使用方便、可靠。

  1 SD2200L简介

  SD2200L系列(包括SD2200B/C/D/E/FLP)是一种具有内置晶振、支持I2C总线的高精度实时时钟芯片。SD2200ELP是SD2200L系列中的一种,该芯片可保证时钟精度为±5ppm(在-10~50℃下),即年误差小于2.5min。芯片内置时钟精度调整功能,可以在很宽的范围内校正时钟的偏差;内置32KB串行非易失性E2PROM;可在3.0~5.5V下工作,擦写次数可达100万次,数据保存时间为十年;内置一次性电池,可保证在外部掉电情况下时钟使用寿命超过五年。SD2200L系列内部结构如图l所示。

 

  2 硬件设计

  SD2200ELP既有实时芯片的功能,又可以存储数据到内置E2PRROM中。因为SD2200ELP是I2C总线接口方式,所以其硬件接口设计非常简单,可以大大简化单片机外围器件。AVR的TWI总线实质上就是I2C总线,只是名称不一样。图2中INTl脚为SD2200ELP的定时中断输出,与ATmegal6的外部中断INTl相连接(INTl配置为下降滑触发方式),SDA、SCL为两线式串行引脚,分别与ATmegal6的TWl(PCl、PCO)相连。

 

  3 软件设计

  如果外围器件是I2C接口类型,而单片机没有I2C接口,那么必须用软件模拟的方式来实现。AVR单片机功能很强,它带有TWI接口,可以直接利用ATmegal6的硬件I2C接口来对外围I2C器件进行操作,非常方便、有效。这样可以节省模拟I2C程序,为用户编程省去很多麻烦。下面是使用ATmegal6对内置E2PROM的实时时钟芯片SD2200ELP读/写的程序设计,均是在ICCAVR开发环境下编写。

  3.1 ATrnegal6的TWI总线接口

  两线接口TWI很适合于典型的处理器应用。TWI协议允许系统设计者只用两根双向传输线就可以将128个不同的设备互连到一起。这两根线是时钟线SCL和数据线SDA。外部硬件只需2个上拉电阻,每根线上1个。所有连接到总线上的设备都有自己的地址。TWI协议解决了总线仲裁的问题,TWI总线的连接如图3所示。

 

  TWI总线可以工作于4种不同的模式:主机发送器(MT)、主机接收器(MR)、从机发送器(ST)以及从机接收器(SR)。在后面将介绍的连续读E2PROM操作中就使用了MT和MR模式。

  3.2 实时时钟读取

  实时时钟操作指令格式如下:

 

  其中高4位称为“器件代码”,它代表实时时钟的器件地址,固定为“0110”。C2、C1、C0构成对实时时钟操作的8条指令。

  实时数据寄存器是一个56位的存储器,它以BCD码方式存储,包括年、月、日、星期、时、分、秒的数据。实时数据的读/写操作都通过发送或接收年(实时数据读写方式1)数据的第一位“LSB”开始执行的。

 

  3.3 E2PROM的读/写

  SD2200ELP的E2PROM操作指令与实时时钟的器件代码是不一样的。当CPU要对SD12200L中的E2PROM进行操作时,首先发出开始信号给SD2200L,然后CPU发出包括4位器件代码10lO、3位页选码000、1位读/写指令的8位数据(即“从器件地址”)。一位读/写指令表明进行何种操作(读操作为1,写操作为O)。其格式如下:

 

3.3.1 对E2PROM的页写操作

  写操作可分为:单字节写操作和页写操作。单字节写操作指每次只写入一个字节的数据;页写操作指一次可以写入多个字节的数据。值得注意的是,SD2200L是一个系列,不同类型对应着不同数量的E2PROM。例如在页写操作下,SD2200ELP单个写周期内E2PROM可以被写入64字节的数据。在某监测仪器应用中,需要保存故障值和故障发生时间,故采用页写方式。页写E2PROM程序流程图如图4所示。

  3.3. 2 对E2PROM连续读操作

  读操作有3种方式:立即地址读操作、随机地址读操作和连续读操作。ATmegal6为完成从SD2200ELP内置串行E2PROM中读取数据,必须将几种TWI模式组合起来。由于内置E2PPROM的存储容量 大小不同,因此在进行读操作时,其操作方式有所不同。在查询故障值和故障时间时,需要读出保存在E2PRoM的数据,故采用连续读操作。与页写操作类似,SD2200ELP最多连续读64字节的数据。连续读操作程序流程图如图5所示。

 


读/写E2PROM需用到的5个公用函数:

 

  4 总结

  SD2200ELP可以方便地结合AVR单片机的TWI总线实现日期显示功能。并且因其内置32 KBE2PROM,可以保存时间和相应数据;具有电路简单、占用资源少、程序简洁、调试方便、功耗低等特点。经过实际的现场运行证实了该设计方法是可靠、有效的。对本文的设计方案和程序稍加修改后,可以用在各种需要此功能的数字控制和监控检测系统中
 

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