单片机时钟设计详细教程

X1226具有时钟和日历的功能，时钟依赖时、分、秒寄存器来跟踪，日历依赖日期、星期、月和年寄存器来跟踪，日历可正确显示至2099年，并具有自动闰年修正功能。拥有强大的双报警功能，能够被设置到任何时钟/日历值上，精确度可到1秒。可用软件设置1Hz、4096Hz或32768Hz中任意一个频率输出。

X1226提供一个备份电源输入脚VBACK，允许器件用电池或大容量电容进行备份供电。采用电容供电时，用一个硅或肖特基二极管连接到Vcc和充电电容的两端，充电电容连接到Vback管脚，注意不能使用二极管对电池充电（特别是锂离子电池）。切换到电池供电的条件是Vcc=Vback-0.1V，正常 *** 作期间，供电电压Vcc必须高于电池电压，否则电池电量将逐步耗尽。振荡器采用外接32.768kH的晶体，产生的振荡误差可通过软件对数字微调寄存器、模拟微调寄存器的数值进行调节加以修正，避免了外接电阻和电容的离散性对精度的影响。4Kb的EEPROM可用于存储户数据。

电路组成及工作原理

X1226可与各种类型的的微控制器或微处理器接口，接口方式为串行的I2C接口。其中数据总线SDA是一个双向引脚，用于输入或输出数据。其漏极开路输出在使用过程中需要添加4.7～10kΩ的上拉电阻。本文介绍89C51单片机与X1226的接口方法，由于89C51单片机没有标准的I2C接口，只能用软件进行模拟。

图1

为了更直观地看到时间的变化，采用8位LED数码管显示年、月、日或时、分、秒，用PS7219A驱动LED数码管，数码管选择0.5英寸共阴极红色或绿色LED数码管。由于PS7219A器件内含IMP810单片机监控器件，复位输出高电平有效，因此在使用51系统时，无须添加监控器件，使用PS7219A的复位输出给51单片机复位即可，监控电压为4.63V。硬件设计原理图如图1所示。

在硬件通电调试过程中，不能用手去触摸X1226的晶体振荡器，否则可能会导致振荡器停振，恢复振荡器起振的方法是关闭电源（包括备份电源）后重新上电。另外需要说明的是，测量振荡器时，不要用示波器的探头去测量X2的振荡输出，应该用探头测量PHZ/IRQ的振荡输出，以确定是否起振和振荡频率是否准确，测量时建议在该脚加一个5.1kΩ的上拉电阻。

软件设计

X1226内含实时时钟寄存器（RTC）、状态寄存器（SR）、控制寄存器（CONTROL）、报警寄存器（Alarm0、Alarm1）和客户存储数据的存储器。由于实时时钟寄存器和状态寄存器需要进行频繁的写 *** 作，因此其存储结构为易失性SRAM结构。其他寄存器均为EEPROM结构，写 *** 作次数通常在10万次以上。X1226初始化程序框图如图2所示，子程序YS4的作用是延时4μs。

图2

● 写 *** 作

X1226初始化之后，单片机对X1226进行开始条件的设置，在写CCR或EEPROM之前，主机必须先向状态寄存器写02H，确认应答信号，确认后写入06H，再确认应答信号。确认后启动了写 *** 作，首先发送高位地

址，然后发送低位地址。X1226每收到一个地址字节后，均会产生一个应答信号。在两个地址字节都收到之后，X1226等待8位数据。在收到8位数据之后，X1226再产生一个应答，然后单片机产生一个停止条件来终止传送。

X1226具有连续写入的功能，每收到1字节后，响应一个应答，其内部将地址加一。当计数器达到该页的末尾时，就自动返回到该页的首地址。这意味着单片机可从某一页的任何位置开始向存储器阵列连续写入64字节，或向CCR连续写入8字节的数据。写入X1226数据子程序：

● 读 *** 作

在上电时，16位地址的默认值为0000H。X1226初始化 *** 作之后，单片机对X1226进行开始条件的设置，在写CCR或EEPROM之前，主机必须先向状态寄存器写02H，确认应答信号，确认后写入06H，再确认应答信号。确认后启动了写 *** 作，首先发送高位地址，然后发送低位地址。X1226每收到一个地址字节后，均会产生一个应答信号。单片机发送另一个开始条件，将R/W位设置为1，接着接受8位数据。单片机终止读 *** 作时，无需等待X1226的应答信号，单片机即可设置停止条件。读出X1226数据子程序：

● 振荡器频率在线补偿调节

X1226集成了振荡器补偿电路，用户可通过软件在线对振荡器频率进行微调，这种微调通常针对两种情况。一种情况是在25℃常温下，对振荡器因器件初始精度带来的频率偏差进行补偿；第二种情况是对因温度引起的频率漂移进行补偿。X1226内部设有数字微调寄存器（DTR）和模拟微调寄存器（ATR），两个寄存器均为非易失性寄存器。数字微调寄存器具有3位数字微调位，调节范围为-30～+30×10-6。模拟微调寄存器具有6个模拟微调位，调节范围为-37～+116×10-6。

对于因外界环境温度变化引起的温漂补偿，要依据晶体的温度系数，在存储器中建立补偿参数表，不同厂家晶体的温度系数是不一样的，应根据产品数据手册进行选择。

为了能够对温漂进行补偿，要求系统中设置一个温度传感器，并尽量让它靠近X1226，这样可以真实地反映振荡器的温度，原理图如图3所示。单片机首先通过系统温度传感器获取环境温度，并在补偿参数表中获取对应的补偿值，然后将补偿数据填写到相应的微调寄存器中，就能实现温漂补偿的目的。

图3

由于X1226具有精密的振荡器补偿功能，因此非常适合于环境温度变化较大的应用场合，同时也降低了对晶体性能参数的要求

下面还为广大读者介绍一个程序：

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;; AT89C2051时钟程序 ;;

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; 定时器T0、T1溢出周期为50MS，T0为秒计数用， T1为调整时闪烁用，

; P3.7为调整按钮，P1口 为字符输出口，采用共阳显示管。

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;; 中断入口程序 ;;

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ORG 0000H ;程序执行开始地址

LJMP START ;跳到标号START执行

ORG 0003H ;外中断0中断程序入口

RETI ;外中断0中断返回

ORG 000BH ;定时器T0中断程序入口

LJMP INTT0 ;跳至INTTO执行

ORG 0013H ;外中断1中断程序入口

RETI ;外中断1中断返回

ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口

LJMP INTT1 ;跳至INTT1执行

ORG 0023H ;串行中断程序入口地址

RETI ;串行中断程序返回

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;; 主 程 序 ;;

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START： MOV R0，#70H ;清70H-7AH共11个内存单元

MOV R7，#0BH ;

CLEARDISP： MOV @R0，#00H ;

INC R0 ;

DJNZ R7，CLEARDISP ;

MOV 20H，#00H ;清20H（标志用）

MOV 7AH，#0AH ;放入“熄灭符”数据

MOV TMOD，#11H ;设T0、T1为16位定时器

MOV TL0，#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用）

MOV TH0，#3CH ;50MS定时初值

MOV TL1，#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用）

MOV TH1，#3CH ;50MS定时初值

SETB EA ;总中断开放

SETB ET0 ;允许T0中断

SETB TR0 ;开启T0定时器

MOV R4，#14H ;1秒定时用初值（50MS×20）

START1： LCALL DISPLAY ;调用显示子程序

JNB P3.7，SETMM1 ;P3.7口为0时转时间调整程序

SJMP START1 ;P3.7口为1时跳回START1

SETMM1： LJMP SETMM ;转到时间调整程序SETMM

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;; 1秒计时程序 ;;

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;T0中断服务程序

INTT0： PUSH ACC ;累加器入栈保护

PUSH PSW ;状态字入栈保护

CLR ET0 ;关T0中断允许

CLR TR0 ;关闭定时器T0

MOV A，#0B7H ;中断响应时间同步修正

ADD A，TL0 ;低8位初值修正

MOV TL0，A ;重装初值（低8位修正值）

MOV A，#3CH ;高8位初值修正

ADDC A，TH0 ;

MOV TH0，A ;重装初值（高8位修正值）

SETB TR0 ;开启定时器T0

DJNZ R4， OUTT0 ;20次中断未到中断退出

ADDSS： MOV R4，#14H ;20次中断到（1秒）重赋初值

MOV R0，#71H ;指向秒计时单元（71H-72H）

ACALL ADD1 ;调用加1程序（加1秒 *** 作）

MOV A，R3 ;秒数据放入A（R3为2位十进制数组合）

CLR C ;清进位标志

CJNE A，#60H，ADDMM ;

ADDMM： JC OUTT0 ;小于60秒时中断退出

ACALL CLR0 ;大于或等于60秒时对秒计时单元清0

MOV R0，#77H ;指向分计时单元（76H-77H）

ACALL ADD1 ;分计时单元加1分钟

MOV A，R3 ;分数据放入A

CLR C ;清进位标志

CJNE A，#60H，ADDHH ;

ADDHH： JC OUTT0 ;小于60分时中断退出

ACALL CLR0 ;大于或等于60分时分计时单元清0

MOV R0，#79H ;指向小时计时单元（78H-79H）

ACALL ADD1 ;小时计时单元加1小时

MOV A，R3 ;时数据放入A

CLR C ;清进位标志

CJNE A，#24H，HOUR ;

HOUR： JC OUTT0 ;小于24小时中断退出

ACALL CLR0 ;大于或等于24小时小时计时单元清0

OUTT0： MOV 72H，76H ;中断退出时将分、时计时单元数据移

MOV 73H，77H ;入对应显示单元

MOV 74H，78H ;

MOV 75H，79H ;

POP PSW ;恢复状态字（出栈）

POP ACC ;恢复累加器

SETB ET0 ;开放T0中断

RETI ;中断返回

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;; 闪动调时 程 序 ;;

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;T1中断服务程序，用作时间调整时调整单元闪烁指示

INTT1： PUSH ACC ;中断现场保护

PUSH PSW ;

MOV TL1， #0B0H ;装定时器T1定时初值

MOV TH1， #3CH ;

DJNZ R2，INTT1OUT ;0.3秒未到退出中断（50MS中断6次）

MOV R2，#06H ;重装0.3秒定时用初值

CPL 02H ;0.3秒定时到对闪烁标志取反

JB 02H，FLASH1 ;02H位为1时显示单元“熄灭”

MOV 72H，76H ;02H位为0时正常显示

MOV 73H，77H ;

MOV 74H，78H ;

MOV 75H，79H ;

INTT1OUT：

POP PSW ;恢复现场

POP ACC ;

RETI ;中断退出

FLASH1： JB 01H，FLASH2 ;01H位为1时，转小时熄灭控制

MOV 72H，7AH ;01H位为0时，“熄灭符”数据放入分

MOV 73H，7AH ;显示单元（72H-73H），将不显示分数据

MOV 74H，78H ;

MOV 75H，79H ;

AJMP INTT1OUT ;转中断退出

FLASH2： MOV 72H，76H ;01H位为1时，“熄灭符”数据放入小时

MOV 73H，77H ;显示单元（74H-75H），小时数据将不显示

MOV 74H，7AH ;

MOV 75H，7AH ;

AJMP INTT1OUT ;转中断退出

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;; 加1子 程 序 ;;

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ADD1： MOV A，@R0 ;取当前计时单元数据到A

DEC R0 ;指向前一地址

SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换

ORL A，@R0 ;前一地址中数据放入A中低四位

ADD A，#01H ;A加1 *** 作

DA A ;十进制调整

MOV R3，A ;移入R3寄存器

ANL A，#0FH ;高四位变0

MOV @R0，A ;放回前一地址单元

MOV A，R3 ;取回R3中暂存数据

INC R0 ;指向当前地址单元

SWAP A ;A中数据高四位与低四位交换

ANL A，#0FH ;高四位变0

MOV @R0，A ;数据放入当削地址单元中

RET ;子程序返回

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;; 清零程序 ;;

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;对计时单元复零用

CLR0： CLR A ;清累加器

MOV @R0，A ;清当前地址单元

DEC R0 ;指向前一地址

MOV @R0，A ;前一地址单元清0

RET ;子程序返回

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;; 时钟调整程序 ;;

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;当调时按键按下时进入此程序

SETMM： cLR ET0 ;关定时器T0中断

CLR TR0 ;关闭定时器T0

LCALL DL1S ;调用1秒延时程序

JB P3.7，CLOSEDIS ;键按下时间小于1秒，关闭显示（省电）

MOV R2，#06H ;进入调时状态，赋闪烁定时初值

SETB ET1 ;允许T1中断

SETB TR1 ;开启定时器T1

SET2： JNB P3.7，SET1 ;P3.7口为0（键未释放），等待

SETB 00H ;键释放，分调整闪烁标志置1

SET4： JB P3.7，SET3 ;等待键按下

LCALL DL05S ;有键按下，延时0.5秒

JNB P3.7，SETHH ;按下时间大于0.5秒转调小时状态

MOV R0，#77H ;按下时间小于0.5秒加1分钟 *** 作

LCALL ADD1 ;调用加1子程序

MOV A，R3 ;取调整单元数据

CLR C ;清进位标志

CJNE A，#60H，HHH ;调整单元数据与60比较

HHH： JC SET4 ;调整单元数据小于60转SET4循环

LCALL CLR0 ;调整单元数据大于或等于60时清0

CLR C ;清进位标志

AJMP SET4 ;跳转到SET4循环

CLOSEDIS:SETB ET0 ;省电（LED不显示）状态。开T0中断

SETB TR0 ;开启T0定时器（开时钟）

CLOSE： JB P3.7，CLOSE ;无按键按下，等待。

LCALL DISPLAY ;有键按下，调显示子程序延时削抖

JB P3.7，CLOSE ;是干扰返回CLOSE等待

WAITH： JNB P3.7，WAITH ;等待键释放

LJMP START1 ;返回主程序（LED数据显示亮）

SETHH： CLR 00H ;分闪烁标志清除（进入调小时状态）

SETHH1： JNB P3.7，SET5 ;等待键释放

SETB 01H ;小时调整标志置1

SET6： JB P3.7，SET7 ;等待按键按下

LCALL DL05S ;有键按下延时0.5秒

JNB P3.7，SETOUT ;按下时间大于0.5秒退出时间调整

MOV R0，#79H ;按下时间小于0.5秒加1小时 *** 作

LCALL ADD1 ;调加1子程序

MOV A，R3 ;

CLR C ;

CJNE A，#24H，HOUU ;计时单元数据与24比较

HOUU： JC SET6 ;小于24转SET6循环

LCALL CLR0 ;大于或等于24时清0 *** 作

AJMP SET6 ;跳转到SET6循环

SETOUT： JNB P3.7，SETOUT1 ;调时退出程序。等待键释放

LCALL DISPLAY ;延时削抖

JNB P3.7，SETOUT ;是抖动，返回SETOUT再等待

CLR 01H ;清调小时标志

CLR 00H ;清调分标志

CLR 02H ;清闪烁标志

CLR TR1 ;关闭定时器T1

CLR ET1 ;关定时器T1中断

SETB TR0 ;开启定时器T0

SETB ET0 ;开定时器T0中断（计时开始）

LJMP START1 ;跳回主程序

SET1： LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调分）

AJMP SET2 ;防止键按下时无时钟显示

SET3： LCALL DISPLAY ;等待调分按键时时钟显示用

AJMP SET4

SET5： LCALL DISPLAY ;键释放等待时调用显示程序（调小时）

AJMP SETHH1 ;防止键按下时无时钟显示

SET7： LCALL DISPLAY ;等待调小时按键时时钟显示用

AJMP SET6

SETOUT1： LCALL DISPLAY ;退出时钟调整时键释放等待

AJMP SETOUT ;防止键按下时无时钟显示

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;; 显示程序 ;;

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; 显示数据在70H-75H单元内，用六位LED共阳数码管显示，P1口输出段码数据，P3口作

; 扫描控制，每个LED数码管亮1MS时间再逐位循环。

DISPLAY： MOV R1，#70H ;指向显示数据首址

MOV R5，#0FEH ;扫描控制字初值

PLAY： MOV A，R5 ;扫描字放入A

MOV P3，A ;从P3口输出

MOV A，@R1 ;取显示数据到A

MOV DPTR，#TAB ;取段码表地址

MOVC A，@A+DPTR ;查显示数据对应段码

MOV P1，A ;段码放入P1口

LCALL DL1MS ;显示1MS

INC R1 ;指向下一地址

MOV A，R5 ;扫描控制字放入A

JNB ACC.5，ENDOUT ;ACC.5=0时一次显示结束

RL A ;A中数据循环左移

MOV R5，A ;放回R5内

AJMP PLAY ;跳回PLAY循环

ENDOUT： SETB P3.5 ;一次显示结束，P3口复位

MOV P1，#0FFH ;P1口复位

RET ;子程序返回

TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H，92H，82H，0F8H，80H，90H，0FFH

;共阳段码表 “0”“1”“2” “3”“4”“5”“6”“7” “8”“9”“不亮”

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;; 延时程序 ;;

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;1MS延时程序，LED显示程序用

DL1MS： MOV R6，#14H

DL1： MOV R7，#19H

DL2： DJNZ R7，DL2

DJNZ R6，DL1

RET

;20MS延时程序，采用调用显示子程序以改善LED的显示闪烁现象

DS20MS： ACALL DISPLAY

ACALL DISPLAY

ACALL DISPLAY

RET

;延时程序，用作按键时间的长短判断

DL1S： LCALL DL05S

LCALL DL05S

RET

DL05S： MOV R3，#20H ;8毫秒*32=0.196秒

DL05S1： LCALL DISPLAY

DJNZ R3，DL05S1

RET

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END ;程序结束