DS1307與兼容8051的微控制器接口

本應(yīng)用筆記提供了如何將DS1307實時時鐘（RTC）連接至微控制器的信息，并提供了一些訪問該器件的示例代碼。

介紹

DS1307串行實時時鐘集成了2線串行接口，可使用兼容8051的微控制器進行控制。本例中的DS1307直接連接到DS5000微控制器上的兩個I/O端口，2線握手由低電平驅(qū)動器處理，本應(yīng)用筆記對此進行了討論。

DS1307 說明

DS1307串行實時時鐘為低功耗、全BCD時鐘/日歷外加56字節(jié)非易失性SRAM。地址和數(shù)據(jù)通過2線雙向總線串行傳輸。時鐘/日歷提供秒、分鐘、小時、星期、日期、月份和年份信息。對于少于 31 天的月份，月末日期會自動調(diào)整，包括對閏年的更正。時鐘以 24 小時制或 12 小時制運行，帶 AM/PM 指示器。DS1307內(nèi)置電源檢測電路，可檢測電源故障并自動切換到電池供電。

DS1307 工作原理

DS1307作為串行總線上的從器件工作。通過實現(xiàn) START 條件并提供設(shè)備標識碼后跟寄存器地址來獲取訪問權(quán)限。后續(xù)寄存器可以按順序訪問，直到執(zhí)行 STOP 條件。啟動和停止條件是使用隨附的DS5000代碼中的低電平驅(qū)動器、SEND_START和SEND_STOP生成的。此外，子程序SEND_BYTE和READ_BYTE提供在DS2之間寫入和讀取8位字所需的1307線握手。

硬件配置

系統(tǒng)配置如圖 1 所示。DS1307的2線總線連接到DS5000的兩個I/O端口引腳：SCL - P1.0、SDA - P1.1。五世DD電壓為5V，RP= 5KΩ，DS5000采用12 MHz晶體。另一個外圍設(shè)備可以是識別2線協(xié)議的任何其他設(shè)備，例如DS1621數(shù)字溫度計和恒溫器。與D5000的接口是使用DS5000T套件硬件和軟件完成的。該開發(fā)套件允許將PC用作啞終端，使用DS5000的串行端口與鍵盤和顯示器進行通信。

圖1.典型的2線總線配置。

定義了以下總線協(xié)議（參見圖 2）。

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，只要時鐘線為高電平，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定。時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線的變化將被解釋為控制信號。

因此，定義了以下總線條件：

開始數(shù)據(jù)傳輸：當(dāng)時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)從高電平到低電平的變化定義了START條件。

停止數(shù)據(jù)傳輸：當(dāng)時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)從低到高的變化定義了 STOP 條件。

數(shù)據(jù)有效：當(dāng)在START條件之后，數(shù)據(jù)線在時鐘信號的高周期內(nèi)保持穩(wěn)定時，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)表示有效數(shù)據(jù)。線路上的數(shù)據(jù)必須在時鐘信號的低電平期間更改。每個數(shù)據(jù)位有一個時鐘脈沖。

每個數(shù)據(jù)傳輸都以 START 條件啟動，并以 STOP 條件終止。在 START 和 STOP 條件之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不受限制，由主設(shè)備決定。信息按字節(jié)傳輸，每個接收器用第九位確認。

確認：每個接收設(shè)備在尋址時，都必須在接收每個字節(jié)后生成確認。主設(shè)備必須生成與此應(yīng)答位關(guān)聯(lián)的額外時鐘脈沖。

確認的器件必須在確認時鐘脈沖期間拉下SDA線，以使SDA線在確認相關(guān)時鐘脈沖的高電平期間穩(wěn)定為低電平。當(dāng)然，必須考慮設(shè)置和保持時間。主站必須通過不從站輸出的最后一個字節(jié)上生成應(yīng)答位來向從站發(fā)出數(shù)據(jù)結(jié)束信號。在這種情況下，從機必須將數(shù)據(jù)線保持高電平，以使主站能夠產(chǎn)生STOP條件。

圖2詳細介紹了如何在2線總線上完成數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù) R/W位的狀態(tài)，可以進行兩種類型的數(shù)據(jù)傳輸：

從主發(fā)射器到從接收器的數(shù)據(jù)傳輸。主站傳輸?shù)牡谝粋€字節(jié)是從地址。接下來是一些數(shù)據(jù)字節(jié)。從站在每個接收到的字節(jié)后返回一個應(yīng)答位。首先使用最高有效位 （MSB） 傳輸數(shù)據(jù)。

從從發(fā)射器到主接收器的數(shù)據(jù)傳輸。第一個字節(jié)（從地址）為 由主人傳輸。然后，從站返回一個應(yīng)答位。接下來是從站傳輸多個數(shù)據(jù)字節(jié)。主站在所有接收到的字節(jié)（最后一個字節(jié)除外）之后返回一個應(yīng)答位。在最后一個接收的字節(jié)的末尾，返回不確認。

圖2.2線串行總線上的數(shù)據(jù)傳輸。

主器件生成所有串行時鐘脈沖以及啟動和停止條件。傳輸以“停止”條件或重復(fù)的“開始”條件結(jié)束。由于重復(fù)的 START 條件也是下一次串行傳輸?shù)拈_始，因此不會釋放總線。首先使用最高有效位 （MSB） 傳輸數(shù)據(jù)。

DS1307可以工作在以下兩種模式：

從接收模式（DS1307寫入模式）：串行數(shù)據(jù)和時鐘通過SDA和SCL接收。接收到每個字節(jié)后，將發(fā)送一個應(yīng)答位。啟動和停止條件被識別為串行傳輸?shù)拈_始和結(jié)束。地址識別由硬件在接收到從地址和方向位后執(zhí)行（參見圖3）。地址字節(jié)是主站生成啟動條件后收到的第一個字節(jié)。地址字節(jié)包含7位DS1307地址，即1101000，后跟方向位（R//W），對于寫入，方向位為0。接收并解碼地址字節(jié)后，DS1307在SDA線路上輸出應(yīng)答。DS1307確認從地址+寫位后，主機向DS1307發(fā)送寄存器地址。這將設(shè)置DS1307上的寄存器指針。然后，主機開始發(fā)送每個字節(jié)的數(shù)據(jù)，DS1307確認接收到的每個字節(jié)。主站將生成停止條件以終止數(shù)據(jù)寫入。

從發(fā)送器模式（DS1307讀取模式）：第一個字節(jié)的接收和處理方式與從機接收機模式相同。但是，在此模式下，方向位將指示傳遞方向相反。串行數(shù)據(jù)由DS1307在SDA上傳輸，而串行時鐘由SCL輸入。START 和 STOP 條件被識別為串行傳輸?shù)拈_始和結(jié)束（請參閱圖 4）。地址字節(jié)是主站生成啟動條件后收到的第一個字節(jié)。地址字節(jié)包含7位DS1307地址，即1101000，后跟方向位（R/W），讀取時為1。接收并解碼地址字節(jié)后，DS1307在SDA線路上輸入確認。然后，DS1307從寄存器指針指向的寄存器地址開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如果在啟動讀取模式之前未寫入寄存器指針，則讀取的第一個地址是寄存器指針中存儲的最后一個地址。DS1307必須由主機發(fā)送一個非應(yīng)答位以終止讀操作。

圖4.數(shù)據(jù)讀取—從發(fā)送器模式。

軟件操作

DS5000 接口

附錄1中的軟件用于通過5000線接口將DS1307與DS2連接。DS5000使用達拉斯半導(dǎo)體公司的DS5000T評估板進行編程，該評估板允許將PC用作啞終端。DS5T評估套件隨附的KIT5000K軟件環(huán)境提供了一個高級接口，用于將應(yīng)用軟件加載到DS5000或通過程序命令設(shè)置其配置參數(shù)。KIT5K軟件包括一個啞終端仿真器，允許用戶在DS5000中運行應(yīng)用軟件，通過PC COM端口與用戶通信。

DS1307 源代碼

附錄中代碼的第一部分用于配置DS5000與PC進行串行通信。代碼的開頭還有用于控制演示軟件的MASTER_CONTROLLER子例程。

緊跟在MASTER_CONTROLLER子程序之后的子程序是用于控制2線接口的低級驅(qū)動器。它們不是DS1307特有的，但可以與任何2線兼容的從器件配合使用。這些子例程是：

SEND_START

此子例程用于在 2 線總線上生成啟動條件。

SEND_STOP

此子例程用于在 2 線總線上生成 Stop 條件。

SEND_BYTE

此子例程通過 8 線總線發(fā)送一個 2 位字 MSB，優(yōu)先級為 9千確認脈沖的時鐘脈沖。

READ_BYTE

此子例程通過 8 線總線讀取 2 位字。它檢查要清除的 LASTREAD 標志，指示何時從從設(shè)備進行最后一次讀取。如果不是最后一次讀取，DS5000在9千時鐘，如果這是從設(shè)備最后一次讀取，DS5000發(fā)送“未確認”。

SCL_HIGH

此子例程將 SCL 線路從低到高轉(zhuǎn)換，并確保 SCL 線路在繼續(xù)之前處于高電平。

延遲和DELAY_4

包括這兩個子程序是為了確保保持2線總線時序。

附錄中的其余代碼專門用于演示DS1307的功能。演示的功能包括：

設(shè)置時間

時間從鍵盤讀入并存儲在DS5000暫存器存儲器中。然后通過2線接口傳輸?shù)紻S1307。

設(shè)置內(nèi)存

從鍵盤讀入單個十六進制字節(jié)，并寫入DS1307的整個用戶RAM。

讀取日期/時間

日期和時間通過2線總線讀取，并存儲在DS5000暫存器存儲器中。然后將其寫入屏幕。這一直持續(xù)到按下鍵盤上的鍵為止。

讀取內(nèi)存

DS1307的整個用戶RAM被讀入DS5000暫存器存儲器，然后寫入PC監(jiān)視器。

OSC 開/關(guān)

DS1307時鐘振蕩器可以打開或關(guān)閉。

SQW/OUT On/ SQW/OUT Off

可以打開或關(guān)閉 SQW/OUT。它將以 1 Hz 切換。

結(jié)論

已經(jīng)表明，將DS1307或任何其他2線從器件連接到8051兼容微控制器非常簡單。唯一需要注意的是，微控制器上的低電平驅(qū)動器不會違反2線定時規(guī)范。為此，已將延遲子例程插入到代碼中。表1中的值是在用于開發(fā)本應(yīng)用筆記的硬件設(shè)置中觀察到的實際時序參數(shù)。

圖3.數(shù)據(jù)寫入—從接收機模式。

審核編輯：郭婷