一线式时钟芯片DS2417的原理与应用

DS2417是DALLAS公司生产的带中断的、可兼容一线式MicroLAN接口的实时时钟芯片，其串行通信速率达16.3kbps，且中断时间间隔可编程；它采用32位二进制秒计数器记录时间，在25℃时，其时间准确率为±2分钟/月，可用2.5V～5.5V的电源供电。该芯片功耗很低，它仅吸收200nA的电流。可与多个DS2417或具有MicroLAN接口的一线式芯片并联使用，CPU只需一根端口线就能与诸多一线式芯片通信，因此，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

1 DS2417的引脚排列和内部结构

DS2417采用6引脚TSOC封装，其引脚描述如表1所列。

表1 DS2417的引脚功能

DS2417的内部结构如图1所示。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被刻好的，它可以看作是该DS2417的地址序列码；6位光刻ROM的排列是：开始8位（27H）为产品类型标号，接着的48位是该DS2417自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+）；光刻ROM的作用是使每一个一线式器件的址都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个一线式芯片的操作。

对于一线端口，在ROM功能建立之间，时钟的读写和控制功能是无法实现的。总线控制器必须首先提供下列4个ROM功能控制命令（8位）中的一个：
（1）读ROM，命令字[33H]；
（2）匹配ROM，命令字[55H]；
（3）搜索ROM，命令字[F0H]；
（4）跳过ROM，命令字[CCH]。

如果多个器件连接在一线上，这些命令将对每个器件的64位ROM部分进行操作，并选出一个特定器件以进行下一步读时钟[66H]和写时钟[99H]操作的时钟功能控制。而所有命令或数据的读/写均从最低位开始。

DS2417的5、6脚外接32.768MHz晶振，片内振荡器和分频器可产生1Hz的时间基准脉冲，可接入32位二进制实时时钟计数器以完成对时间的计量。时间计数值采用双缓冲结构，时钟功能控制命令仅对读/写缓冲器进行操作，这样可以防止实时时钟计数器更新时发生读写错误。

由于DS2417芯片采用32位二进制秒计数器来记录时间（溢出的记时时间长达136年），因此必须根据实际需要规定一个基准（例如将32位全0规定为2000年1月1日午夜0时0分0秒），在此基础上通过编程算依次读出32位数值以获得相应的秒、分、时以及日、月、年等信息。如果老大哥忍气吞声时间信息较多，从编程的复杂程序看，不宜选用DS2417，而应选择其他带日历的时钟芯片。

系统继电后，DS2417芯片将停止工作，如果在VDD端接入备用电流，则DS2417可看和是非易失性、独立连续工作的器件。

2 振荡器及中断控制

DS2417内部振荡器的开启/关闭、中断是否允许以及中断申请脉冲时间间隔的长短可用软件控制，其控制命令字的格式如下：

其中D1、D0为无效位，读出时始终为0；D3、D2用于控制或报告振荡器的状态，如果振荡器处于工作状态，读出该字节时两个OSC的值全为1，否则全为0，同样对OSC写入全1时振荡器开启，在OSC写入全0时可关闭振荡器；D7位IE是中断使能控制位，当IE=1时中断允许，IE=0时中断关闭；D6、D5、D4是中断申请脉冲（负脉冲，持续122μs）时间间隔控制位，时间间隔与IS2、IS1、IS0的关系如表2所列。

表2 DS2417的中断脉冲时间间隔控制

3 DS2417与单片机的典型接口设计

图2以MCS-51系列单片机为例，画出了DS2417与微处理器的典型连接电路。其中1-Wire端接AT89C51的P1.0，INT端接AT89C51的INT0，VDD采用5V电源供电。

假设单片机系统所用的晶振频率为12MHz，笔者根据DS2417的初始化时序、定悍序和读时序分别编写了三个子程序：INIT为初始化子程序、WRITE为写（命令或数据）子程序、READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。具体程序如下：

DAT EQU P1.0
........
INIT：CLR EA
INI10：SETB DAT
MOV R2，#200
INT11：CLR DAT
DJNZ R2， INI11
；主机发复位脉冲持续3μs×200=600μs
SETB DAT ；主机释放总线，口线改为输入
MOV R2，#30
INI12：DJNZ R2，INI12
；DS2417；等待2μs×30=60μs
CLR C
ORL C，DAT
；DS2417；数据线变低（有存在脉冲）吗？
JC INI10 ；DS2417未准备好，重新初始化
MOV R6，#80
INT13：ORL C，DAT
JC INI14；DS2417；数据线变高，初始化成功
DJNZ R6， INI13
；数据线低电平可持续3μs×80=240μs
SJMP INI10 ；初始化失败，重来
INI14：MOV R2，#240
INI15：DJNZ R2，INI15
；DS2417；应答最少2μs×240=480μs
RET
；---------------
WRITE：CLR EA ；写入的命令/数据字节在A中
MOV R3，#8 ；循环8次，写一个字节
WR11：SETB DAT
MOV R4，#8
RRC A ；写入位从A中移到CY
CLR DAT
WR12：DJNZ R4，WR12 ；等待16μs
MOV DAT，C；命令字按位依次送给DS2417
MOV R4， #20
WR13：DJNZ R4， WR13 ；保证写过程持续60μs
DJNZ R3， WR11 ；未送完一个字节继续
SETB DAT
RET
；----------------
READ：CLR EA
MOV R6,#8 ；循环8次，读一个字节
RD11：CLR DAT
MOV R4，#4
NOP ；低电平持续2μs
SETB DAT ；口线设为输入
RD12：DJNZ R4，RD12 ；等待8μs
MOV C，DAT ；主机按位依次读入DS2417的数据
RRC A ；读取的数据移入A
MOV R5，#30
RD13：DJNZ R5，RD13 ；保证读过程持续60μs
DJNZ R6，RD11 ；读完一个字节的数据，存入A中
SETB DAT
RET
；----------------

由主机控制DS2417以完成时间初始值的写入或时间值的读出必须经过三个步骤，分别是：初始化使DS2417准备好、发ROM功能命令和相应的64位光刻ROM数据、发时钟功能命令读写控制字节和四个字节的时间值。假设一线仅挂接一个芯片，则对于ROM功能命令只需发跳过ROM[CCH]即可：而对于时钟功能命令，不论是读还是写，第一个字节均为控制字，随后的四个字节为时间数据。如将读出的控制字放入30H，时间计数值从低位到高位依次放入31H～34H，那么，其子程序GETSJ如下：
GETSJ：LCALL INIT
MOV A，#0CCH
LCALL WRITE ；发跳过ROM命令
LCALL INIT
MOV A，#66H ；发读时钟命令
LCALL WRITE
MOV R0，#30H
MOV R7，#5
RDNEXT：LCALL READ
MOV @R0，A
INC R0
DJNZ R7，RDNEXT
RET
.......

如果子程序GETSJ读取的时间值放于34H～31H中，根据选择的时间基准，经过编程变换即可得到日历时间信息。如果一线上挂接多个DS2417或其它一线式接口芯片，则子程序GETSJ的编写将会复杂一些，限于篇幅，本文不再，读者可参阅相关文献。