【文章內(nèi)容簡介】 ，BCD 碼表示的年、月、日、星期、時、分、秒，帶閏年補償。同樣， DS1643 擁有 28 只管腳，硬件連接起來 占用微處理器 I/O 口較多，不 方便 系統(tǒng)功能拓展和維護(hù) 。故而 從性價比 和 貨源 上 考慮，本設(shè)計 采用實時時鐘日歷芯片 DS1302。 DS1302 簡介 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘 日歷 芯片，附加31字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月 小于 31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達(dá) ～ 。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后 備 電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 有主電源和備份電源雙引腳，而且備份 電源 可由大容量電容（＞1F）來替代。 需要強調(diào)的是， DS1302 需要使用 的晶振。 7 DS1302 引腳說明 V CC1X1X2GNDV CC2SCL KI/ORSTD S13021234U38765 圖 DS1302 芯片引腳圖 其 的引腳功能參照表 。 表 DS1302 引腳功能說明 引腳號 名稱 功能 1 VCC1 備份電源輸入 2 X1 晶振輸入 3 X2 晶振輸出 4 GND 地 5 RST 控制移位寄存器 /復(fù)位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時鐘 8 VCC2 主電源輸入 DS1302 的控制字和讀寫時序說明 在編程過程中要注意 DS1302 的讀寫時序。 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。 DS1302 的控制字如 表 。 表 DS1302 控制字（即地 址及命令字節(jié)） BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD CK WR 控制字的作用 是 設(shè)定 DS1302 的工作方式、傳送字節(jié)數(shù)等。每次數(shù)據(jù)的傳輸都是由控制字開始?？刂谱指魑坏暮x和作用如下： 1. BIT7： 控制字的最高有效位 ， 必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302 中。 2. BIT 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)； 3. BIT 5 至 BIT 1（ A4～ A0）： 用 A4～ A0 表示，定義片內(nèi)寄存器和 RAM 的地址。 定義如下： 當(dāng) BIT 6位 =0 時，定義時鐘和其他寄存器的地址。 A4～ A0=0～ 6，順序為秒、分、 8 時、日、月、星期、年的寄存器。當(dāng) A4～ A0=7，為芯片寫保護(hù)寄存器地址。當(dāng) A4～ A0=8，為慢速充電參數(shù)選擇寄存器。當(dāng) A4～ A0=31，為時鐘多字節(jié)方式選擇寄存器。 當(dāng) BIT 6=1 時，定義 RAM 的地址， A4～ A0=0～ 30，對應(yīng) 各子 地址的 RAM，地址 31對應(yīng)的 是 RAM多字節(jié)方式選擇寄存器。 4. BIT 0（最低有效位）：如為 0，表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作。 控制字總是從最低位開始輸出。在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（ 0 位）開始。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。 圖 DS1302 數(shù)據(jù)讀寫時序 DS1302 的數(shù)據(jù)讀寫方式有兩種，一種是單字節(jié)操作方式，一種是多字節(jié)操作方式。每次僅寫入或讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作，每次對時鐘 /日歷的 8字節(jié)或 31字節(jié)RAM 進(jìn)行全體寫入或讀出的操作，稱其為多字節(jié)操作方式。當(dāng)以多字節(jié)方式寫時鐘寄存器時，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫入 8個寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫 RAM 時，不必寫所有 31 字節(jié)。不管是否寫了全部 31 字節(jié)，所寫的每一個字節(jié)都將傳送至 RAM。 為了啟動數(shù)據(jù)的傳輸， CE 引腳信 號應(yīng)由低變高，當(dāng)把 CE 驅(qū)動至邏輯 1 的狀態(tài)時，SCLK 必須為邏輯 0，數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿串行輸入。無論是讀周期還是寫周期，也無論送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送，都要通過控制字指定 40 字節(jié)中的哪個將被訪問。在開始 8個時鐘周期把命令字（具有地址和控制信息的 8 位數(shù)據(jù)）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)，所有的數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿變化。所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個命令字節(jié)。對于單字節(jié)操作，包括命令字節(jié)在內(nèi)，每次為 2個字節(jié)，需要 16個時鐘；對于時鐘 /日歷多字節(jié)模式操作，每次 為 7 個字節(jié)，需要 72個時鐘；而對于 RAM 多字節(jié)模式操作，每次則為 32字節(jié)，需 9 要多達(dá) 256 個時鐘。這里僅給出單字節(jié)讀寫時序，如圖 。 多字節(jié)操作方式與其類似，只是后面跟的字節(jié)數(shù)不止一個。 DS1302 的 片內(nèi)寄存器 表 DS1302 有關(guān) 日歷、時間 的 寄存器 讀寄 存器 寫寄 存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范圍 81H 80H CH 10 秒 秒 0059 83H 82H 10 分 分 0059 85H 84H 24/12 0 10 時 時 112 023 AM/PM 87H 86H 0 0 10日 日 131 89H 88H 0 0 10月 月 112 8BH 8AH 0 0 0 0 0 周日 17 8DH 8CH 10 年 年 0099 8FH 8EH WP 0 0 0 0 0 0 0 — 通過控制字對 DS1302 片內(nèi)寄存器進(jìn)行尋址之后，即可就所選中寄存器的各位進(jìn)行操作。片內(nèi)各寄存器及各位的功能定義如表 。 DS1302 有關(guān)日歷、時間的寄存器共有 10個， 時鐘 /日歷包含在 其中 的 7個寫 /讀寄存器內(nèi)，這 7個寄存器分別是秒、分、小時、日、月、星期和年。 小時寄存器（ 85H、 84H）的位 7 用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式還是 24 小時模式。當(dāng)為 12 小時 制式 時，位 5 為“ 0”表示 AM；為“ 1”表示 PM。 在 24 小時 制式下 ，位 5 是第二個 10小時位 （ 20～ 23 時） 。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時鐘暫停標(biāo)志（ CH）。當(dāng)該位置為 1 時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為 0時，時鐘開始運行。 一般在設(shè)置時鐘時，可以停止其工作，設(shè)定完之后， 再啟動其工作。 控制寄存器（ 8FH、 8EH）的位 7是寫保護(hù)位（ WP），其它 7位均置為 0。在任何 片內(nèi)時鐘 /日歷寄存器 和 RAM，在 寫操作之前， WP位必須為 0，否則將不可寫入。 當(dāng) WP位為1 時，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。 因此，通過置寫保護(hù)位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。 另外，還有慢速充電控制寄存器和 RAM 寄存器。如表 。 表 RAM寄存器 各位定義 慢速充電寄存器控制著 DS1302 的慢速充電特性。寄存器的 BIT4～ BIT7（ TCS）決定 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 充電控制寄存器 TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS RAM 寄存器 — — — — — — — — 10 是否具備充電性能：僅在編碼為 1010 的條件下才具備充電性能，其他編碼組合不允許充電。 BIT2 和 BIT3 選擇 在 VCC2和 VCC1之間是一個還是兩個二極管串入其中。如果編碼 DS是 01，選擇一個二極管；如果編碼是 10，選擇兩個二極管；其他編碼將不允許充電。該寄存器的 BIT0 和 BIT1 用于選擇與二極管相串聯(lián)的電阻值。其中編碼 RS=01 為 2 KΩ ，RS=10 為 4 KΩ ， RS=11 為 8 KΩ ，而 RS=00 將不允許進(jìn)行充電。因此，根據(jù)慢速充電寄存器的不同編碼可得到不同的充電電流。其具體計算 如 公式 ： I 充電 =（ V0VDVE） /R （ ） 式中： V0—— 所接入的 工作電壓； VD—— 二極管壓降，一個按 計算； R—— 慢速充電控制寄存器 0 和 1 位編碼決定的電阻值； VE—— VCC1腳所接入的電池電壓。 RAM 寄存器尋址空間一次排列的 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 可為用戶使用，備用電源位 RAM提供了 掉電保護(hù)功能。寄存器和 RAM的操作通過命令字節(jié)的 BIT6 加以區(qū)別。當(dāng) BIT6 為“ 0”時對 RAM 區(qū)進(jìn)行尋址；否則將對時鐘 /日歷寄存器尋址。其操作方法與前述相同[9][10][11]。 環(huán)境溫度 傳感器 選擇 常用溫度 傳感器 比較 在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常要用到溫度檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻， 一般用來測量中高溫，輸出的 是電壓， 將其 轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 二進(jìn)制 溫度 碼值 ，需要較多的硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試 較 為 復(fù)雜 ，制作成本高。 另外，采集 環(huán)境的溫度 也 可 采用 IC 化的溫度傳感器。常用的此類溫 度傳感器有AD590 和 DS18B20。 AD590 測量到不同溫度之后，將 把 應(yīng)溫度轉(zhuǎn)化為 線性電流輸出，為 1μ A/K，正比于熱力學(xué)溫度。該傳感器 寬 量程 ，為 55～ +150℃；精度高，激光校準(zhǔn)精度到177。 ℃；電源范圍寬： +4～ +30V。 AD590 優(yōu)點很多，但是由于它只能將采集來的溫度轉(zhuǎn)化為電流輸出，所以在實際應(yīng)用中，需要先將 AD590 輸出的電流轉(zhuǎn)化為電壓，再利用 A/D 轉(zhuǎn)換 元件進(jìn)行 模 /數(shù) 轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最后送入單片機中 [12]。 與 AD590 不同的是， DS18B20 數(shù)字溫度 傳感器 能直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成 串行數(shù)字信號，以供單片機處理 ，既節(jié)省了硬件，又有效避免了模擬方式的干擾問題 。它還具有微型化、低功耗、高性能、等優(yōu)點。 通過編程， DS18B20 可以實現(xiàn) 9～ 12 位溫度讀數(shù)，信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20或從 DS18B20 送出，因此從單片機到 DS18B20 僅需要連接一條線。讀、寫和完成溫度變 11 換所需的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，而無需外部電源。測量范圍為 55～ +125℃，增量值為 ℃。電源電壓范圍為 +～ +。通過編程，用戶 還 以自行設(shè)定告警上下限 溫度，告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。 DS18B20 簡介 DS18B20 是美國 Dallas 公司生產(chǎn)的 基于 單線 （ 1wire）技術(shù)的 數(shù)字溫度傳感器芯片。其管腳分布如圖 。 圖 DS18B20 引腳分布圖 每片 DS18B20在出廠時都設(shè)有唯一的產(chǎn)品序列號，此序列號存放在它的內(nèi)部 ROM中，微處理器通過簡單協(xié)議，就能識別這些序列號，因此多個 DS18B20 可以掛接于同一條單總線上，這允許在許多不同的地 方放置溫度傳感器，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)。所以 DS18B20 多應(yīng)用與 HVAC 環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機械內(nèi)的溫度檢測，以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測。 管腳功能描述參見表 。 表 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳；開漏單總線接口引腳；當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳；當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)如圖 所示。主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、 溫 度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 VCC 3 DQ 2 GND 1 DS18B20 12 高 速暫 存存 儲 器溫 度 靈 敏 允 許低 溫 觸 發(fā) 器高 溫 觸 發(fā) 器配 置 寄 存 器8 位 C R C 生 成 器存 儲 器 和 控 制 邏 輯6 4 b i tR O M和單 線接 口電源檢 測I / OV D DG N D 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 配置寄存器為高速暫存存儲器中的第 5個字節(jié)。 DS18B20 在工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如表 。其中， TM 為測試模式標(biāo)志位，出廠時被寫入 “ 0” ，不能改變； R0、 R1 是溫度計分辨率設(shè)置位 。 表 DS18B20 配置寄存器結(jié)構(gòu)表 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB