基于ARM和DS1307的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單的可調(diào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用了Atmel32位的ARM微處理器作為控制驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DS1307實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的時(shí)間信息采樣和液晶顯示，并通過(guò)鍵盤來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間信息。通過(guò)實(shí)際的測(cè)試，該模塊得到穩(wěn)定的運(yùn)行。

? ? ? ?實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘在測(cè)控系統(tǒng)和智能顯示中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)軟件編程和CPU中斷構(gòu)造軟時(shí)鐘是一種較為常用的方法，時(shí)鐘計(jì)時(shí)無(wú)需外圍硬件支持，但是此種方法的弊端是計(jì)時(shí)精度會(huì)受到CPU主晶振、起振電容以及掉電的影響，而導(dǎo)致計(jì)時(shí)精度不高。因此采用硬件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘是一種更為可靠的方式。

? ? ? ?DS1307是I2C接口的8引腳實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，片內(nèi)含有8個(gè)特殊功能寄存器和56bit的SRAM。它是一款按BCD碼存取、低功耗的時(shí)鐘／日歷芯片，已被應(yīng)用到人造板尺寸檢測(cè)以及電控單元中。

1、硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的可調(diào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。采用了Atmel32位ARMRISC處理器中的一員，即AT91SAM7S256微處理器來(lái)驅(qū)動(dòng)DS1307時(shí)鐘芯片和液晶模塊，并接收鍵盤中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間可調(diào)的功能。

1．1 芯片與單片機(jī)的接口與連線

若要驅(qū)動(dòng)DS1307芯片，一種方式是使用I2C總線虛擬技術(shù)，另一種是采用帶I2C接口的單片機(jī)。AT91SAM7S256微處理器外圍電路中具有兩線接口（TWI），它與I2C接口相互兼容，很適合典型的處理器應(yīng)用，因此系統(tǒng)中采用了此接口實(shí)現(xiàn)芯片與CPU的通信。接口電路和連線圖如圖2所示。

DS1307使用到了32768Hz的晶振，BAT1為電池電源。I2C總線內(nèi)部是雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，因此接入了上拉電阻。SQW／OUT端是方波輸出端，通常情況下該引腳接到能產(chǎn)生電平變化中斷請(qǐng)求的輸入口。

1．2 液晶顯示電路

與傳統(tǒng)的數(shù)碼管相比，液晶顯示具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富、人機(jī)交互性好等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)中使用到了的LM256160點(diǎn)陣液晶顯示模塊。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單方便的操作指令，可為用戶提供良好的日期、時(shí)間顯示和調(diào)節(jié)界面。

1．3 按鍵調(diào)節(jié)電路

為實(shí)現(xiàn)時(shí)間的可調(diào)，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了鍵盤輸入電路。鍵盤包括調(diào)節(jié)模式進(jìn)入鍵、“0～9”的數(shù)字輸入鍵、清除鍵以及確認(rèn)鍵。用戶按下調(diào)節(jié)模式進(jìn)入鍵便可以開始進(jìn)行時(shí)間的設(shè)置和調(diào)節(jié)，如輸入“20150920151000”代表設(shè)置時(shí)間為2015年9月20日15時(shí)10分0秒，再按下確認(rèn)鍵便將數(shù)據(jù)信息寫入到DS1307芯片中進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括了主程序、DS1307驅(qū)動(dòng)模塊，液晶驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤中斷處理模塊四大部分，程序流程如圖3所示。主程序中首先完成外設(shè)時(shí)鐘的使能、I／O口的使能、TWI口的使能以及液晶的初始化。初始化工作完成后，處理器通過(guò)TWI接口讀取DS1307中的時(shí)鐘信息，數(shù)據(jù)通過(guò)液晶進(jìn)行顯示。當(dāng)接收到外部按鍵中斷請(qǐng)求時(shí)，處理器進(jìn)行相應(yīng)的鍵值中斷響應(yīng)，將設(shè)置好的數(shù)據(jù)寫入到DS1307芯片中并返回。

DS1307在TWI總線上是從器件，地址（SLA）固定為“11010000”，時(shí)鐘信息（年、月、日、星期、時(shí)、分、秒）分別放在地址為06H～00H的時(shí)間相關(guān)寄存器中。芯片的讀寫主要使用到了TWI口低層驅(qū)動(dòng)函數(shù)中的intAT91F＿TWI＿ReadByte（constAT91PS＿TWIpTwi，intmode，intint＿address，char觹data2read，intnb）和intAT91F＿TWI＿WriteByte（constAT91PS＿TWIpTwi，intmode，intint＿address，char觹data2send，intnb）。讀寫函數(shù)使用到了四個(gè)入口參數(shù)，constAT91PS＿TWIpTwi是設(shè)置TWI口的基地址，intmode為主機(jī)模式，intint＿address為器件寄存器的地址，char觹data2read是待寫入數(shù)據(jù)或待讀取存放的地址，intnb為寫入或讀取的字節(jié)數(shù)。需要注意一點(diǎn)是，數(shù)據(jù)是以BCD碼存取的，因此在讀取或?qū)懭胫靶枰M(jìn)制到BCD碼的相互轉(zhuǎn)換處理。

3、運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)的運(yùn)行效果以液晶屏顯示效果為準(zhǔn)，如圖4與圖5所示。圖4為設(shè)置時(shí)鐘信息界面，設(shè)置完畢按回車鍵時(shí)鐘開始計(jì)時(shí)，并跳轉(zhuǎn)到運(yùn)行顯示界面。圖5為設(shè)置好初始時(shí)間為2015年9月20日15時(shí)10分0秒后，時(shí)鐘運(yùn)行了15分38秒的顯示效果。

4、結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的可調(diào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)避免了系統(tǒng)掉電與晶振電路的影響，芯片的驅(qū)動(dòng)通過(guò)采用ARM系列微處理器中TWI接口并調(diào)用相關(guān)的低層驅(qū)動(dòng)程序，減少了采用總線虛擬技術(shù)的程序量。經(jīng)過(guò)實(shí)際的調(diào)試，系統(tǒng)得到了預(yù)期的結(jié)果。該實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用于系統(tǒng)主界面的日期與時(shí)間顯示，并為以時(shí)間為單位的事務(wù)處理提供時(shí)間基準(zhǔn)。