【文章內(nèi)容簡介】 口簡單、價格低廉、使用方便，被 廣泛地采用。本文介紹的實時時鐘電路 DS1302 是 DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通 晶振。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一 個 318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 12 DS1302 的引腳排列 ,其中 Vcc1 為后備電源， Vcc2 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當 Vcc2 大于 Vcc1＋ 時， Vcc2 給 DS1302 供電。當 Vcc2 小于 Vcc1 時， DS1302 由 Vcc1 供電。 X1 和 X2是振蕩源，外接 晶振。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當 RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc≥ 之前，RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )，后面有詳 細說明。 SCLK 始終是輸入端。 DS1302 的控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302中，位 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1表示存取 RAM數(shù)據(jù) 。位 5 至位 1指示操作單元的地址 。最低有效位 (位 0)如為 0表示要進行寫操作，為 1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1902，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0位到高位 7。 DS1302 有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD碼形式 ,其日歷、時間寄存器及其控制字見表 1。 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫 操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)， 命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 DS1302 與 CPU 的連接需要三條線，即 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)。 DS1902 與 89C2051的連接圖，其中，時鐘的顯示用 LED。 DS1302 與 CPU 的連接 ， 實際上，在調(diào)試程序時可以不加電容器，只加一個 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入 DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占 用 CPU 一個口線即可。 LED 還可以換成 LCD，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 10 位多功能 8 段液晶顯示模塊 LCM101，內(nèi)含看門狗 (WDT)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動電路，并有內(nèi)置顯示 RAM，可顯示任意字段筆劃，具有 3－ 4 線串行接口，可與任何單片機、 IC 接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為 2μA ( 典型值 )，省電模式時小于 1μA ，工作電壓為 ～ ，顯示清晰。 DS1302 的實時時間流程。根據(jù) 流程框圖，不難采集實時時間。下面對 DS1302 的基本 13 操作進行編程： 根據(jù)本人在調(diào)試中遇到的 問題，特作如下說明： DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位 MSB(D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫 DS1302，即寫保護； D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)， D6=1，指定 RAM數(shù)據(jù)； D5～ D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位 LSB(D0)為邏輯 0，指定寫操作 (輸入 )， D0=1，指定讀操作 (輸出 )。 在 DS1302 的時鐘日歷或 RAM 進行數(shù)據(jù)傳送時， DS1302 必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送， 8 位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下 2個 SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下 8個 SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類 :一類是單個 RAM 單元，共 31個，每個單元組態(tài)為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)。 要特別說明的是備用電源 B1，可以用電池或者超級電容器 ( 以上 )。雖然 DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電 池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的 充電電池。如果斷電時間較短 (幾小時或幾天 )時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。 100 μF 就可以保證 1 小時的正常走時。 DS1302在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間。 DS1302 存在時鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時鐘混亂等缺點。 DS1302 可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng) 的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準確記錄其出現(xiàn)的時間；若采用單片機計時，一方面需要采用計數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片 DS1302，則能很好地解決這個問題。 14 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 電子萬年歷 的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法與硬件設(shè)計相對應(yīng)，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來。這樣有利于 程序修改和調(diào)試，增強了程序的可移植性。 主程序 主程序 如圖 41所示： 圖 41 主程序圖 開始 讀年、月、日 送第一塊 LED 顯示 讀星期、閏、年、日 送第二塊 LED 顯示 讀時、分、秒 送第三塊 LED 顯示 返回 15 從 1302 讀取 日期和時間 程序 圖 42 從 1302讀取程序 讀 1302 日期和時間 調(diào)整時間和日期 Y N 系統(tǒng)初始化 開 始 需要調(diào)整時間嗎？ 16 5 PROTEUS 使用 編程環(huán)境 PROTEUS PROTEUS 軟件是由英國 LabCenter Electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件，由 ISIS和 ARES 兩個軟件構(gòu)成，其中 ISIS 是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件， ARES 是一款高級的布線編輯軟件，它集成了高級原理布線圖、混合模式 SPICE 電路仿真、 PCB 設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計。 用 PROTEUS ISIS 對 電子萬年歷 的硬件電路設(shè)計 通過 PROTEUS ISIS 軟件的 VSM（虛擬仿真技術(shù)），用戶可以對模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器 件一起仿真。 用 PROTEUS ISIS 設(shè)計硬件電路的過程 ① 選擇設(shè)計圖紙的到小 根 據(jù)設(shè)計所使用到元器件的多少，選擇合適大小的設(shè)計圖紙，操作是單擊菜單欄上的System→ Set Sheet Size ，然后彈出如圖 51所示的對話框，從中選擇合適大小的圖紙，也可以選擇 User 進行圖紙的自定義設(shè)置。在設(shè)計過程中也可以通過此方法調(diào)整圖紙的大小。 圖 51 ② 選取仿真所需的元器件 選取元器件的方式是，單擊如圖 52 所示的按鈕“ P”。會彈出如圖 53所示的窗口。 17 圖 52 圖 53 從此窗口的左上角的“ Keywords”中輸入 電子萬年歷 設(shè)計用到的器件，如輸入“ AT89C51”，在中間會列出帶有輸入關(guān)鍵字的元器件，選擇合適的元器件并雙擊它，則已經(jīng)選擇好了該元器件。然后再在“ Keywords”中輸入其他所需的元器件，用同樣的方法進行操作。最后選擇好所有的元器件如圖 54所示。 18 圖 54 所用器件 其中 74LS174 表示 三個串行接口 ， AT89C51 代表單片機會 ， DS1302 代表時鐘芯片 ，RESPACK8代表八排電阻 。 ③ 把元器件放到圖紙的合適位置，進行布線 單擊如圖 54 所 示的元器件 AT89C51，再在右邊圖紙上單擊，就把元器件放入到了圖紙上。再用同樣的方法把 ds1302 放入到圖紙的合適位置。如果元器件放置錯誤，這可通過兩次右擊刪除所放置的元器件，如果位置放得不理想，可以先右擊該器件，然后按住左鍵進行移動。在布線之前，如果覺得元器件的引腳的方向不好布線，則可以通過單擊這四個按鈕進行調(diào)整，這四按鈕的意思分別是：順時針旋轉(zhuǎn) 90176。，逆時針旋轉(zhuǎn) 90176。，沿 Y軸對稱，沿 X軸對稱。通過這樣的調(diào)整，可以使整個布局合理一些。接著進行布線，由于 PROTEUS ISIS 有自動布線的功能，比如要把 AT89C51 的 P2口連到 74LS164的 OUT8 口，只要先在 P2引腳上單擊一下，再在 OUT8 引腳上單擊，則 ISIS 自動將兩個引腳連上線。 19 圖 55 at89c51與 ds1302的連接 ISIS 還提供了網(wǎng)絡(luò)布線，即不使用線連接也可以把兩個引腳虛擬的連接了起來。具體操作是：單擊要連線的一個引腳，連出適當?shù)木嚯x后雙擊，另一個引腳也同樣操作，在單擊如圖 65所示的“ LBL”按鈕，再在圖中 引腳的 A 處單擊，在彈出的窗口中的“ String”中填入名稱，如“ A” ，對 OUT7 引腳進行同樣的操作，在“ String”中也填入名稱“ A”，這樣就完成了 引腳與 RES 引腳的網(wǎng)絡(luò)連接，這個好處避免兩個距離比較遠的器件進行真實線的連接，使布線美觀。 ④ 編輯窗口連接端子 要讓最后的設(shè)計成功仿真時，必須放置并連接端子。選擇 ，從中可以選擇電路原理中的兩個通用的端子，一個是接地，一個是電源。 如圖 56所示。 圖 56 連接端子 20 在 PROTEUS ISIS 中的最終設(shè)計圖如圖 57所示 圖 57仿真圖 最后分別對各元器件的屬性值進行設(shè)置，單擊 按鈕，進行電氣檢測，查看接線是否合理，說明硬件電路已經(jīng)順利的完成 。 用 PROTEUS ISIS 進行 電子萬年歷 的仿真測試 ① 添加 Keil 中編寫的代碼文件 單擊工具欄中的 Source→ Add/Remove Source files...，彈出一個對話框，分別單擊“ New” ，然后選擇在 Keil 中編寫的數(shù)字電壓表 .ASM 匯編語言程序 ，單擊“ OK” ，完成添加代碼文件。 ② 編譯源程序，生成 .HEX 目標代碼文件 單擊 Source→ Build All。如果編譯結(jié)果沒有錯誤，會出現(xiàn)如圖 58 所示的結(jié)果。 21 圖 58 ③ 加載 .HEX 目標代碼文件 通過如圖 59所示的對 話框，選擇剛才編譯生成的 .HEX 文件。設(shè)置使單片機的運行頻率為 6MHz 。 圖 59 ④ 單擊 按鈕，進行對 電子萬年歷 的仿真測試， 運行結(jié)果如圖 510 所示。 22 圖 510仿真測試 ⑤ PROTEUS 的調(diào)試功能 由于使用的是匯編語言編寫的程序，如果 在測量的時候測量值顯示錯誤，說明程序中存在問題，這個問題只用在仿真測