【文章內(nèi)容簡介】 1 是這些方案的特點(diǎn)比較和評(píng)估。 表 21 實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)方案及特點(diǎn) 方案 實(shí)時(shí)時(shí)鐘源 實(shí)現(xiàn)方法 特點(diǎn) 1 AVR 內(nèi)部定時(shí)器 軟件 成本低，精度差，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)掉電可靠運(yùn)行 2 外接 32 768Hz 晶體 軟件 成本低，精度稍差，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)掉電可靠運(yùn)行 3 專用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 硬件 成本稍高，精度高，程序設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)掉電可靠運(yùn)行 表中的方案 2 都是利用 AVR 本身內(nèi)部的功能來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能 [5]，該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是成本低，但缺點(diǎn)也是非常明顯：首先是不容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的掉電運(yùn)行；其次是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，這是因?yàn)檐浖粌H要實(shí)現(xiàn)所有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能，還要考慮系統(tǒng)其他功能的實(shí)現(xiàn)。 第 3 種方案的實(shí)現(xiàn)成本稍微高一點(diǎn)，但專用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 的集成度高，走時(shí)準(zhǔn)確，具備自動(dòng)日歷和閏年自動(dòng)調(diào)整等功能，特別是專用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片本身耗電非常小，非常容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的掉電運(yùn)行設(shè)計(jì) [6]，其電路如圖 21 所示。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 4 圖 21ATmega16 與 DS1302 的接口電路 上述三種方案均是可行的，由于方案 3 外圍接口電路簡單，成本較低，精度高，程序設(shè)計(jì)簡單，可以很好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能，故選用方案 3。 顯示 模塊 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管顯示有很多方法，按顯示方式分有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出去后，數(shù)碼管始終顯示該數(shù)據(jù) （ 不變 ） ， CPU不再控制 LED， 到下一次顯示時(shí)，再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。 靜態(tài)顯示的接口電路采用一個(gè)并行口接一 個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陰極或共陽極分別接地或接 VCC。 這種接法，每個(gè)數(shù)碼管都要單獨(dú)占用一個(gè)并行 I/O 口，以便單片機(jī)傳送字形碼到數(shù)碼管控制數(shù)碼管的顯示。 顯然其缺點(diǎn)就是當(dāng)顯示位數(shù)多時(shí)，占用 I/O 口過多。 為了解決靜態(tài)顯示 I/O 口占用過多的問題，可采用串行接口擴(kuò)展 LED 數(shù)碼管的技術(shù)。 靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無閃爍，占用 CPU時(shí)間少。其缺點(diǎn)是由于數(shù)碼管始終發(fā)光，功耗比較大。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 5 動(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法輪流控制每個(gè)顯示器的 COM 端，使每個(gè)顯示器輪流電亮。在輪流點(diǎn)亮過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫， 但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)一般用于多位 LED 數(shù)碼管顯示，主要是節(jié)省驅(qū)動(dòng)管腳，減少器件。 從以上兩種顯示方式比較 ， 我們可以看到 ， 動(dòng)態(tài)掃描可靠 ， 綜合性能更好。所以選 用動(dòng)態(tài)掃描方案 [7]。 3 核心芯片介紹 DS1302 簡介 DS1302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)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、周、日、時(shí)、分、秒自動(dòng)計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá) ~。它采用 3 線串行接口與 CPU進(jìn)行同步通信， 并可采用突發(fā)方式依次傳送多字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)部有一個(gè) 31字節(jié)的用于 臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 還具備主電源 /后備電源供電的雙電源引腳，可以自動(dòng)切換電源，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力 [8]。 引腳功能和結(jié)構(gòu) 圖 31 DS1302 引腳配置圖 圖 31 為 DS1302 的引腳排列。其中 VCC1為后備電源， VCC2為主電源。 DS1302由 VCC1 或 VCC2兩者中的較大者供電。 當(dāng) VCC2 (VCC1+)時(shí)， VCC2給 DS1302 供電，同 時(shí)可以向 VCC1充電；當(dāng) VCC2 VCC1時(shí)， DS1302 由 VCC1供電。 因此，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。 X1 和 X2 是接振蕩源引腳，外接（鐘表、電子表常用晶體）。 是復(fù)位 /片選線； I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 6 /輸出雙向端口； SCLK 是串行通信的時(shí)鐘輸入腳，時(shí)鐘處于輸入狀態(tài)。這 3 個(gè)引腳用于數(shù)據(jù)通信，下面有詳細(xì)說明。 DS1302 的控制字節(jié) DS1302 的控制字節(jié) 如表 31， 各位的定義如下： ? 控制字節(jié)的最高位（第 7 位）必須是邏輯 “ 1” 。 如果它為 “ 0” ，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302中。第 6位為 “ 0” 時(shí)，表示讀 /寫日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為 “ 1”時(shí)，表示進(jìn)行讀操作。 ? 最低位（第 0 位）為 “ 0” 時(shí)，表示要進(jìn)行寫操作；為 “ 1” 時(shí)，表示進(jìn)行讀操作。 ? 控制字節(jié)總是從最低位開始輸出（低位在前）。 表 31 DS1302 的控制字節(jié) 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 DS1302 的數(shù)據(jù)接口是一種 3 線制的串行接口，控制器與 DS1302 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先要向 DS1302 發(fā)送一 個(gè) 字節(jié)的控制指令字。 對(duì)于寫 DS1302 的操作，控制器首先發(fā)送寫控制指令字，然后接著發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié) ，在下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)（圖 33 中第 9 個(gè)），數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位開始，即低位在前。同意，如果要從 DS1302 中讀數(shù)據(jù)，則控制器要先發(fā)出讀控制指令字，當(dāng) DS1302 收到讀控制指令字后，隨后通過 I/O口線輸出數(shù)據(jù)，控制器在第 9個(gè) SCLK的上升沿時(shí)將數(shù)據(jù)讀入。 數(shù)據(jù)的讀 /寫時(shí)序如圖 33 所示 。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 7 圖 33 DS1302 的讀 /寫控制時(shí)序 在圖 33 中， 是復(fù)位 /片選線。 引腳的輸入有 2種功能：首先， 接通控制 邏輯，允許地址 /命令序列進(jìn)入移位寄存器；其次， 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段?？刂破魍ㄟ^把輸入口置高電平（圖中 的上升沿）來啟動(dòng) DS1302 的數(shù)據(jù)傳送過程，且只有當(dāng)為高電平時(shí)，才能對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。如果在數(shù)據(jù)傳送過程中將 置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， DS1302 的 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電過程中，在Vcc≥， 必須保持低電平。另外 ，只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將置為高電平。 DS1302 的寄存器 DS1302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)，用于存放日期和時(shí)鐘值。數(shù)據(jù)的格式為壓縮 BCD 碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字如表 32所列。 使用中需要特別注意秒寄存器的最高位 CH， CH 位是停止 /啟動(dòng)時(shí)鐘的控制為，當(dāng)該位為 “ 1” 時(shí)，時(shí)鐘停止計(jì)時(shí)，保持現(xiàn)有數(shù)據(jù)不變，進(jìn)入低功耗的待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)CH 為 “ 0” 時(shí)，時(shí)鐘才啟動(dòng)計(jì)時(shí)、進(jìn)入正常工作方式。因此當(dāng) DS1302 第一次上電時(shí)，應(yīng)該將 CH 寫 “ 0” ，啟動(dòng)時(shí)鐘工作。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 8 表 32 DS1302 的日歷、時(shí)鐘寄存器及控制字 寄存器名 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫操作 讀操作 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 時(shí)寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 10 HR HR 日寄存器 86H 87H 0128,29,30,31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR 對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電 DS1302 可以使用雙電源供電，當(dāng) VCC2(主電源 ) （ VCC1+）時(shí)， DS1302 自動(dòng)切換到由 VCC2供電，同時(shí)還具有向 VCC1充電（當(dāng) VCC1接可充電電池時(shí)）的功能，充電電流的大小也可以通過設(shè)置相應(yīng)的控制充電寄存器來改變 [9]。 圖 34 是 DS1302 對(duì)后備電源 VCC1進(jìn)行 涓細(xì)電流充電的示意圖。充電過程由DS1302 內(nèi)部的 2 個(gè)寄存器控制。 DS1302 的這個(gè)功能，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的掉電運(yùn)行提供了方便、可靠的方案。 圖 34 DS1302 對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電示意圖 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 9 ATmega16 介紹 ATmega16 特點(diǎn) （ 1）采用先進(jìn) RISC 結(jié)構(gòu)的 AVR 內(nèi)核 131條機(jī)器指令，且大多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期； 32個(gè) 8位通用工作寄存器；工作在 16MHz時(shí)具有 16MIPS 的性能；配備只需要 2 個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 （ 2）外圍接口 2個(gè)帶有分別獨(dú)立、可 設(shè)置預(yù)分頻器的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 1個(gè)帶有可設(shè)置預(yù)分頻器、具有比較、捕捉功能的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器；片內(nèi)含獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC； 4 路 PWM 通道； 8 路 10 位 ADC；面向字節(jié)的兩線接口 TWI（兼容 I2C 硬件接口）； 1 個(gè)可編程的增強(qiáng)型全雙工的，支持同步 /異步通信的串行接口 USART； 1個(gè)可工作于主機(jī) /從機(jī)模式的 SPI 串行接口（支持 ISP 程序下載）；片內(nèi)模擬比較器；內(nèi)含可編程的，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的看門狗定時(shí)器 WDT。 （ 3）寬電壓、高速度、低功耗 工作電壓范圍寬： ATmega16 — ；運(yùn)行速度 ： ATmega16 0— 16M；低功耗： ATmega16L工作在 1MHz、 3v、 25 度時(shí)的典型功耗為，正常工作模式 ，空閑工作模式 ，掉電工作模式 1uA。 ATmega16 外部引腳與封裝 ATmega16 單片機(jī)有三種形式的封裝： 40 腳雙列直插 PDIP、 44 腳方形的 TQFP和 MLF 形式（貼片形式）。其外部引腳封裝如圖 35 所示。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 10 圖 35 ATmage16 外部引腳與封裝示意圖 其中， I/O 引腳，分成 PA、 PB、 PC 和 PD 四個(gè) 8 位端口，他們?nèi)渴强删幊炭刂频碾p（ 多）功能復(fù)用的 I/O 引腳（口）。 四個(gè)端口的第一功能是通用的雙向數(shù)字輸入 /輸出（ I/O）口，其中每一位都可以由指令設(shè)