【文章內(nèi)容簡介】 1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，～。采用三線接口與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內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)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(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。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)長時(shí)間的連續(xù)測控系統(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作為記錄測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄，其軟硬件設(shè)計(jì)簡單，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)長時(shí)間的測量、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行及檢查都來了很大的方便，可廣泛應(yīng)用于長時(shí)間連續(xù)的測控系統(tǒng)中。在測量控制系統(tǒng)中，特別是長時(shí)間無人職守的測控系統(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，沒有具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(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、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測控系統(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)問題。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)過一個(gè)簡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+，VCC2給DS1302供電；當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。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。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)被訪問到。在開始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)，在寫操作時(shí)寫入數(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)。如果在傳送過程中置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 =，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的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖38所示。圖38 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖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(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC2大于Vcc1＋，VCC2 給DS1302供電。當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在VCC≥，RST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。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。SCLK始終是輸入端。圖39為DS1302的引腳示意圖。圖39 DS1302 引腳示意圖VCC，GND直流電源通過這兩個(gè)引腳提供給該器件，VCC為+5V 輸入，當(dāng)提供的5V 電源在正常范圍內(nèi)器件能充分地被訪問，能對(duì)器件讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)3V 的電池被連至該器件且VCC VBAT 時(shí)，對(duì)器件的讀寫被禁止，而計(jì)時(shí)功能照常進(jìn)行，不受低輸入電壓的影響。當(dāng)Vcc 降到低于VBAT，則RAM 區(qū)和計(jì)時(shí)器將被切換到外部電源VBAT 來供電（名義上VBAT 直流電源）。VBAT電池輸入引腳?？梢允侨我鈽?biāo)準(zhǔn)的3V 鋰電池或其它電源。為了器件能夠正常工作，～ 之間。事實(shí)上，VBAT。表32 DS1302引腳功能表引腳號(hào)引腳名稱功能1VCC2主電源2，3X1，X2振蕩源，外接32768HZ晶振4GND地線5RST復(fù)位/片選線6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行數(shù)據(jù)輸入端8VCC1后備電源 DS1302內(nèi)部RTC 和RAM 地址分配DS1302 的RTC 與RAM 寄存器的地址分配如圖310所示。RTC 寄存器地址位于00H 到07h 處。RAM 寄存器地址位于08h~3Fh。在多字節(jié)存取中，當(dāng)?shù)刂分羔樀竭_(dá)3Fh，即RAM 空間的最后一個(gè)單元，則下一個(gè)操作地址將翻卷到00h，即時(shí)鐘空間的開頭。圖310 DS1302地址分配圖DS1302的控制字如圖311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)行寫操作；為1表示進(jìn)行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出。圖311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)?。在時(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RAM時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有31字節(jié)。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至RAM。數(shù)據(jù)讀寫程序如圖312所示。圖312 數(shù)據(jù)讀寫程序通過讀取正確的寄存器字節(jié)能獲得正確的時(shí)鐘和日歷信息，實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器如表33 所示。通過寫入正確的寄存器字節(jié)能夠設(shè)置或者初始化時(shí)鐘和日歷。時(shí)鐘和日歷寄存器中的內(nèi)容均采用BCD 碼格式，時(shí)鐘寄存器00h的位7 是時(shí)鐘停止位，當(dāng)該位被設(shè)置為1 時(shí)，晶振失效，當(dāng)該位被清零時(shí)，晶振使能。所以，在初始化程序中，使能晶振（CH 位=0）是很重要的。DS1302 可以運(yùn)行在12 小時(shí)或24 小時(shí)模式，小時(shí)寄存器的位7 被定義為作為12 小時(shí)或24 小時(shí)模式選擇位。當(dāng)該位為高時(shí)選擇12 小時(shí)模式，采用12 小時(shí)模式時(shí)，位5 是AM/PM 標(biāo)志位，該位為1 表示PM。當(dāng)采用24小時(shí)模式時(shí)，位5 是第二個(gè)10 小時(shí)位（20～23 小時(shí)）。當(dāng)總線開始工作時(shí)，當(dāng)前的時(shí)間信息被傳送給一串二級(jí)寄存器，時(shí)間信息然后從這些二級(jí)寄存器中讀取，而時(shí)鐘照常運(yùn)行。當(dāng)在讀過程中，主寄存器內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，這樣可以避免再次讀寄存器的必要性。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表32，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。表33 DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分鐘寄存器82H83H0059010MINMIN小時(shí)寄存器84H85H0112或00232/24010APHRHR日期寄存器86H87H0128,29,30,31010DATEDATE月份寄存器88H89H0112000IOMMONTH周日寄存器8AH8BH010700000DAY年份寄存器8CH8DH009910YEARYEAR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)鐘將開始啟動(dòng)。AMPM/1224[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）。DS1302 控制寄存器用來控制SQW/OUT 引腳的操作。OUT：輸出控制。當(dāng)方波輸出失效時(shí)，該位控制SQW/OUT 引腳的輸出。如果SQWE=0，若OUT=1 則SQW/OUT 引腳的邏輯電平為1，而OUT=0 則SQW/OUT 引腳的邏輯電平為0。SQWE：方波使能。當(dāng)該位被設(shè)置為邏輯1 時(shí)，使能晶振輸出，方波輸出的頻率由RS1 和RS0 位的值來確定。當(dāng)方波輸出的頻率設(shè)為1Hz，則時(shí)鐘寄存器內(nèi)容將在方波的下降沿更新。 表34 方波輸出頻率 RS1RS0SQW OUTPUTFREQUENCY 001 Hz01 KHz10 KHz11 KHzRS:速率選擇。當(dāng)方波輸出使能時(shí)，這些位控制方波輸出的頻率。表35列出了方波頻率與RS 位的值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)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。單片機(jī)通過時(shí)序可以讀出時(shí)鐘芯片內(nèi)部的相關(guān)時(shí)間信息，DS1302的時(shí)鐘電路如圖313所示。圖313 DS1302時(shí)鐘電路圖41系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖如圖41所示，單片機(jī)上電后先進(jìn)行初始化，清楚一些參數(shù)的初值，然后等待用戶按下對(duì)應(yīng)的按鍵并進(jìn)入對(duì)應(yīng)的功能，如果是則進(jìn)入設(shè)置鬧鐘和時(shí)間以及脈搏上下限等參數(shù)，每個(gè)循環(huán)都會(huì)判斷用戶是否按下測量按鍵，按下則開啟定時(shí)器測量脈搏信號(hào)，在測量過程中時(shí)刻判斷用戶是否按下停止按鍵，按下的停止計(jì)數(shù)，否則繼續(xù)測量，測量完成后計(jì)數(shù)出等效一分鐘的脈搏次數(shù)，并顯示出來,然后判斷是否超過用戶設(shè)定的上限次數(shù)和下限次數(shù)，有則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，沒有則取消報(bào)警.圖42 LCD1602初始化子函數(shù)流程圖首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設(shè)置好DDRAM地址后在第一行顯示，根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設(shè)置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣，兩行顯示完畢后便結(jié)束子程序。圖43 時(shí)鐘模塊子函數(shù)流程圖時(shí)鐘模塊的流程圖如圖43所示，一開始先讓時(shí)鐘芯片的復(fù)位引腳置高進(jìn)而啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送工作，接著寫一位命令字節(jié)，接著給SCLK發(fā)送脈沖信號(hào)，一致循環(huán)直到發(fā)送8個(gè)命令字節(jié)為止。接著是寫數(shù)據(jù)進(jìn)時(shí)鐘芯片，首先先寫入一位數(shù)據(jù)字節(jié)，然后給SCLK引腳發(fā)送脈沖，一致循環(huán)寫入8次，這樣就可以把數(shù)據(jù)寫入，最終使復(fù)位引腳變低，這樣就可以完成一次時(shí)鐘芯片的一次操作。 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對(duì)來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長就比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十ms甚至幾百ms也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。基于單片機(jī)的脈搏計(jì)系統(tǒng)的電路較大，對(duì)于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯(cuò)誤，則會(huì)對(duì)檢測造成很大的不便，而且電路的交線較多，對(duì)于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會(huì)刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會(huì)對(duì)電路造成短路現(xiàn)象。在本脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)調(diào)試中遇到了很多的問題。回想這些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，以下為主要的問題：問題1：最開始的時(shí)候以為單片機(jī)IO口直接可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，后來調(diào)試的時(shí)候久久不