【文章內(nèi)容簡介】 備向系統(tǒng)主機返回數(shù)據(jù)，還可以用作多個從設(shè)備之間的級聯(lián)，當前從設(shè)備的I/O輸出端可以連接到下一級設(shè)備的I/O輸入端。SPI串行接口設(shè)備既可以工作在主設(shè)備模式下，也可以工作在從設(shè)備模式下。系統(tǒng)主設(shè)備為SPI總線通信過程提供同步時鐘信號，并決定從設(shè)備片選信號的狀態(tài)，使能將要進行通信的設(shè)備。SPI從器件則從系統(tǒng)主設(shè)備獲取時鐘及片選信號，因此從器件的控制信號、SCLK都是輸入信號。在系統(tǒng)主機與SPI從設(shè)備之間進行通信時，不論是命令還是數(shù)據(jù)都以串行方式傳送，串行傳送的數(shù)據(jù)被泵入到一個移位寄存器，并轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)格式。須指出的是，移位寄存器的位數(shù)并不是固定的，它根據(jù)不同的設(shè)備而各不相同。大多數(shù)設(shè)備的移位寄存器是8位或8位的整數(shù)倍。如果一個SPI從設(shè)備沒有被選中，它的數(shù)據(jù)輸出端將處于高阻狀態(tài)，從而與當前處于激活狀態(tài)的器件隔離。當多個SPI從設(shè)備級聯(lián)使用時，將它們的使能端連接到同一個片選信號上，當作一個從設(shè)備來處理。級聯(lián)的SPI從設(shè)備被看作是一個大的設(shè)備并使用相同的片選信號，從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端分別被連接到下一個從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入端，并將最后一個從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端連接到系統(tǒng)主機的數(shù)據(jù)輸入端。當系統(tǒng)中所有的SPI從設(shè)備都需要獨立地連接到系統(tǒng)主機時，所有的從設(shè)備仍然使用相同的時鐘信號SCLK，并將所有SPI從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入引腳連接到系統(tǒng)主機的數(shù)據(jù)輸出引腳，從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出引腳連接到主機的數(shù)據(jù)輸入引腳，但每個SPI從設(shè)備采用相互獨立的片選信號來控制芯片使能端，這樣系統(tǒng)主機可以通過片選信號來選通其中一個從設(shè)備進行讀寫操作訪問，而未被選中的其它所有器件處于高阻隔離狀態(tài)。在SPI串行總線通信過程中，用來控制外圍設(shè)備的選通（低電平有效），未選通器件的數(shù)據(jù)輸出端信號線將處于高阻狀態(tài)。SCLK則用來為數(shù)據(jù)通信提供同步時鐘，不論SPI從設(shè)備是否處于選通狀態(tài)，系統(tǒng)主設(shè)備都會為所有SPI從設(shè)備提供SCLK信號。SPI串行數(shù)據(jù)通信接口可以配置為4種不同的工作模式，它們?nèi)绫?1所示。表31 SPI串行通信接口模式SPI模式CPOLCPHA00011210311CPHA用來表示同步時鐘信號的相位，CPOL用來表示同步時鐘信號的極性。當同步時鐘信號的相位為0、極性也為0時，通信過程中的數(shù)據(jù)位在同步信號的上升沿鎖存；當相位為0，極性為1時，數(shù)據(jù)位在同步時鐘信號的下降沿鎖存。在同步時鐘信號相位為1的情況下，同步時鐘信號的相位會翻轉(zhuǎn)180176。采用DS1302作為主要計時芯片，可做到計時準確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備電源（～，）下繼續(xù)計時，并可編程選擇多種充電電流來對后備電源進行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。它具有以下性能特性：實時時鐘,可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)；用于高速數(shù)據(jù)暫存的31x8位RAM；最少引腳的串行I/O；～；用于時鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳輸方式；簡單的3線接口；可選的慢速充電（至Vcc1）的能力。DS1302與單片機之間能簡單地采用SPI同步串行的方式進行通信，僅需用到3根信號線：（復(fù)位）、I/O（數(shù)據(jù)線）、SCLK（同步串行時鐘）。單片機通過串行口實現(xiàn)對DS1302的控制和從DS1302中讀取時鐘信息。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302時鐘芯片包括實時時鐘/日歷和31B的靜態(tài)RAM，實時時鐘/日歷提供秒、分、時、日、周、月、年等信息，對于小于31天的月和月末的日期自動進行調(diào)整，還包括閏年校正功能。時鐘的運行可以采用24h或帶AM（上午）/PM（下午）的12h格式。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是由DS1202改進來的，增加了雙電源管腳用于主電源和備份電源供電，其中VCC1為可編程涓流充電電源：Vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源及低功率的電池備份；Vcc2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運行方式中，Vcc1連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由Vcc1或Vcc2中較大者供電，當Vcc2大于Vcc1+，Vcc2給DS1302供電；當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。DS1302有3種不同的引腳封裝形式，它們分別是雙列直插的DIP8和表面貼裝的SOIC8（150mil）、SOIC8（200 mil），與這3種封裝相對應(yīng)的芯片型號分別是DS130DS1302Z和DS1302S。 DS1302引腳圖XX2：。GND：信號地。 ：復(fù)位引腳。I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。SCLK：同步串行時鐘輸入引腳。VCC2：主電源。 VCC1：備份電源。DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理：DS1302串行時鐘芯片由電源、移位寄存器、命令控制邏輯、震蕩器、實時時鐘及RAM組成。輸入移位寄存器模塊用于完成串行數(shù)據(jù)的輸入輸出，數(shù)據(jù)在同步串行時鐘SCLK的上升沿串行輸入。無論是讀周期還是寫周期，也無論是單字節(jié)傳送方式還是多字節(jié)傳送方式，數(shù)據(jù)傳送開始的8個數(shù)據(jù)位用于指定DS1302中哪個字節(jié)被訪問。在開始的8個時鐘周期將命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時輸入數(shù)據(jù)。輸入移位寄存器模塊的所有串行數(shù)據(jù)輸入/輸出都必須通過把驅(qū)動至高電平狀態(tài)來啟動。復(fù)位引腳輸入與控制邏輯相連，用于允許或禁止地址/命令序列送入移位寄存器；同時，還提供了中止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄?，如輸入為低電平，那麼所有的數(shù)據(jù)傳輸將被中止并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。在DS1302的上電過程中，當VCC≥，必須為邏輯0。在DS1302內(nèi)部共包含40個數(shù)據(jù)節(jié)，其中7個時鐘/日歷字節(jié)，1個時鐘寫保護控制字節(jié)，1個涓流充電控制字節(jié)和31個RAM字節(jié)。在對這些字節(jié)進行讀寫訪問時，由命令字節(jié)中的數(shù)據(jù)位A0～A5控制。DS1302的控制字如表32所示。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)寫入到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。表32 控制字節(jié)的含義7 6 5 4 3 2 1 01RAM/CKA4A3A2A1A0RD/WR3. 復(fù)位通過把輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。輸入有兩種功能：首先, 接通控制邏輯,允許地址／命令序列送入移位寄存器。其次, 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當為高電平時,所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中置為低電平,則會終止此次數(shù)據(jù)傳送,并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時,在Vcc≥, 必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時,才能將置為高電平。4. 數(shù)據(jù)輸入輸出在單片機對DS1302進行數(shù)據(jù)讀寫操作時，所有的讀寫操作都必須由命令字節(jié)來初始化。命令字節(jié)的D7必須為邏輯1，如果它為0，將禁止DS1302；D6為邏輯0時指定訪問時鐘/日歷數(shù)據(jù)；為邏輯1時指定訪問RAM數(shù)據(jù)；D5D1指定進行輸入或輸出的特殊寄存器單元地址；D0為邏輯0時指定進行寫操作，為邏輯1時指定進行讀操作。外部處理器向DS1302寫數(shù)據(jù)時，在寫命令字節(jié)8個SCLK周期之后，DS1302會在下8個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，如果有更多的SCLK周期，它們將會被忽略。外部芯片從DS1302讀數(shù)據(jù)時，跟隨在讀命令字節(jié)8個SCLK周期之后DS1302會在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)。需要注意的是：從DS1302輸出的第一個數(shù)據(jù)位發(fā)生在命令字節(jié)最后一位后的第一個下降沿處，而且在讀操作過程中只要保持為高電平狀態(tài)，如果有額外的SCLK時鐘周期，DS1302將重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，這一操作特性使得DS1302具有多字節(jié)連續(xù)讀取能力。除了采用單字節(jié)方式進行數(shù)據(jù)讀寫外，也可以采用突發(fā)方式多字節(jié)連續(xù)讀寫。通過對地址31尋址（命令位的D1D5均為邏輯1），可以把時鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)方式。在多字節(jié)方式中讀或?qū)憦牡刂?的位0開始，當以多字節(jié)方式寫時鐘寄存器時，必須按照數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個寄存器。但以多字節(jié)方式寫RAM時，不必寫所有的31個字節(jié)，不管是否寫齊了31個字節(jié)，所寫的每一個字節(jié)都會被傳送到RAM。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DS1302,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位至高位7,。5. DS1302的寄存器DS1302共有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33。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COH~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,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）。表33 DS1302的日歷\時鐘寄存器及其控制字寄存器名稱命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SEC SEC分寄存器82H83H0059010MIN MIN時寄存器84H85H0112或002312/24010APHR HR日寄存器86H87H0128,2930,310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CH8DH009910 YEAR YEAR秒寄存器的D7定義為時鐘暫停位，當此位設(shè)置為邏輯1時時鐘振蕩器停止使DS1302進行低功率倍份方式，其消耗電流小于100nA；當此位設(shè)置為邏輯0時，時鐘將被啟動。小時寄存器的D7定義為12或24小時方式選擇位，當它為高電平時，選擇12小時方式；當它設(shè)置為低電平時表示選擇24小時方式。在12小時方式下，小時寄存器的D5用于AM/PM指示，D5為邏輯高電平表示PM，在24小時方式下，D5則是第二個小時位。寫保護寄存器的D7是寫保護位，其余低7位置為0。在對時鐘或內(nèi)部RAM單元進行寫操作前D7必須為0，當D7處于高電平狀態(tài)時，寫保護位防止對其它寄存器進行寫操作。涓流充電寄存器用于控制DS1302的涓流充電特性。其中，涓流充電選擇（TCS）位D7D4控制涓流充電器的選擇，只有當D7D4處于1010模式時才能使涓流充電器工作，其它所有的模式都將禁止涓流充電。涓流充電二極管選擇（DS）位D3D2用于選擇連接在VCC2和VCC1之間的二極管數(shù)目，當DS為01時選擇一個二極管，如果為10則選擇2個二極管，DS為00或11時涓流充電器被禁止，與TCS無關(guān)。涓流充電電阻選擇（RS）位D1D0用于選擇連接在VCC2和VCC1之間的電阻，RS為00時無電阻連接，RS為01時電阻值為2K，RS為10時為4K，RS為11時電阻值為8K。如果RS設(shè)定為無電阻的00，那么涓流充電器將被禁止，與TCS無關(guān)。涓流充電器的二極管和電阻的選擇由用戶根據(jù)電池或超容量電容充電所需的最大電流決定。,而超容量電容接至VCC1,并編程設(shè)置VCC2和VCC1之間連接一個二極管和一個2K的電阻,可得到最大電流為：Imax=()/2K=時鐘/日歷和控制寄存器的最后一個單元是時鐘/日歷突發(fā)多字節(jié)方式控制字。當時鐘/日歷字節(jié)在多字節(jié)方式下工作時，最先的8個時鐘/日歷寄存器可以從地址為0的第0位開始連續(xù)地讀或?qū)?。在指定突發(fā)方式多字節(jié)連續(xù)寫時鐘/日歷寄存器時，如果寫保護位設(shè)置為高電平，那么沒有數(shù)據(jù)會傳送到8個時鐘/日歷寄存器中的任一個。 DS1302接口圖由于DS1302采用的是同步串行的工作方式，它與單片機的相接的端口只有三個：SCLK，DIO，RST1，，；X1，；VCC2作為主電源接到+5V電源上，而VCC1是DS1302的后備電源，具有涓流充電的特性，接的是+?；谇笆龅膬?nèi)容，系統(tǒng)在設(shè)計時鐘模塊選擇了DS1302。 24C16芯片介紹24C16是一個16K位串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有2048個8位字節(jié)。CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。24C16有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過I2C總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。特性與400KHzI2C總線兼容低功耗CMOS技術(shù)寫保護功能：當WP為高電平時進入寫保護狀態(tài)頁寫緩沖器自定時擦寫周期1,000,000 編程/擦除周期可保存數(shù)據(jù)100 年腳DIP SOIC 或TSSOP 封裝溫度范圍：商業(yè)級、工業(yè)級和汽車級管腳配置： 24C16管腳配置圖 管腳功能描述其管腳功能描述如表34所示：表3