電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)方案(3)

4.2 DS1302時(shí)鐘電路

4.2.1 DS1302芯片介紹

低功耗時(shí)鐘芯片DS1302可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。

采用DS1302作為記錄測(cè)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄，其軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，時(shí)間記錄準(zhǔn)確，既避免了連續(xù)記錄的大工作量，又避免了定時(shí)記錄的盲目性，給連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行及檢查都來(lái)了很大的方便，可廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的測(cè)控系統(tǒng)中。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人職守的測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的性能分析及正常運(yùn)行具有重要的意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間;若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢(xún)等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。而在系統(tǒng)中采用DS1302則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

(1) DS1302的性能特性

·實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù);

·用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8位RAM;

·最少引腳的串行I/O;

·2.5～5.5V 電壓工作范圍;

·2.5V時(shí)耗電小于300nA;

·用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)的單字節(jié)或多字節(jié)(脈沖方式)數(shù)據(jù)傳送方式;

·簡(jiǎn)單的3線(xiàn)接口;

·可選的慢速充電(至VCC1)的能力。

DS1302時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于31天的月和月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24h或帶AM(上午)/PM(下午)的12h格式。采用三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：VCC1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份;VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，VCC1 連接到備份電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2中較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1+0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電;當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。

(2) DS1302數(shù)據(jù)操作原理

DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無(wú)論是讀周期還是寫(xiě)周期，開(kāi)始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)到。在開(kāi)始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫(xiě)操作時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)

( 圖4-3 DS1302管腳圖 )

如果在傳送過(guò)程中置RST為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在VCC >=2.5V之前，RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。DS1302的管腳圖如圖4-3所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示，表4-2為各引腳的功能。

(圖4-4 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖)

(表4-2 DS1302引腳功能表)

DS1302的控制字如圖4-5所示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1;如果它為邏輯0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù);為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5～1(A4～A0)指示操作單元的地址。最低有效位(位0)如為0，表示要進(jìn)行寫(xiě)操作;為1表示進(jìn)行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開(kāi)始輸入/輸出。

(圖4-5 控制字節(jié)的含義)

為了提高對(duì)32個(gè)地址的尋址能力(地址/命令位1～5=邏輯1)，可以把時(shí)鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)(burst)方式。位6規(guī)定時(shí)鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)憽Ｔ跁r(shí)鐘/日歷寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開(kāi)始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個(gè)寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫(xiě)RAM時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫(xiě)所有31字節(jié)。不管是否寫(xiě)了全部31字節(jié)，所寫(xiě)的每一字節(jié)都將傳送至RAM。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)程序如圖4-6所示。

(圖4-6 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)程序)

DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表4-3，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作。

(表4-3 DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字)

時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為1時(shí)，DS1302停止振蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。通常在對(duì)DS1302進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)(如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序)，停止振蕩。當(dāng)它為0時(shí)，時(shí)鐘將開(kāi)始啟動(dòng)。

AM-PM/12-24[小]時(shí)方式：[小]時(shí)寄存器的位7定義為12或24[小]時(shí)方式選擇位。它為高電平時(shí)，選擇12[小]時(shí)方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高電平時(shí)表示PM，低電平表示AM，在24[小]時(shí)方式下，位5為第二個(gè)10[小]時(shí)位(20～23h)。

4.2.2 DS1302 的應(yīng)用

實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，也可以關(guān)閉充電功能，芯片采用32.768kHz晶振。要特別說(shuō)明的是，備用電源BT1可以用電池或超級(jí)電容(10萬(wàn)μF以上)。雖然DS1302在主電源掉電后耗電很小，但如果要長(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池。如果斷電時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)，可以用漏電較小的普通電解電容代替(100μF就可以保證1小時(shí)的正常走時(shí))。DS1302在第一次加電后，需進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間及鬧鈴。DS1302的時(shí)鐘電路如圖4-7所示。

(圖4-7 DS1302時(shí)鐘電路)