【文章內(nèi)容簡介】 圖 21 所示。 倒計時實時時鐘設計 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，程序設計簡單，可以很好實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能，故選用方案 3。 顯示 模塊 用單片機驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示有很多方法，按顯示方式分有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯 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，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并行口接一個數(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，每個數(shù)碼管都要單獨占用一個并行 I/O 口，以便單片機傳送字形碼到數(shù)碼管控制數(shù)碼管的顯示。 顯然其缺點就是當顯示位數(shù)多時，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，可采用串行接口擴展 LED 數(shù)碼管的技術。 靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無閃爍，占用 CPU時間少。其缺點是由于數(shù)碼 管始終發(fā)光，功耗比較大。 倒計時實時時鐘設計 5 動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制每個顯示器的 COM 端，使每個顯示器輪流電亮。在輪流點亮過程中，每位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。動態(tài)驅(qū)動一般用于多位 LED 數(shù)碼管顯示，主要是節(jié)省驅(qū)動管腳，減少器件。 從以上兩種顯示方式比較 ， 我們可以看到 ， 動態(tài)掃描可靠 ， 綜合性能更好。所以選 用動態(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 實時時鐘芯片，它可以對年、月、周、日、時、分、秒自動計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達 ~。它采用 3 線串行接口與 CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式依次傳送多字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內(nèi)部有一個 31字節(jié)的用于 臨時存放數(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，可以自動切換電源，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力 [8]。 引腳功能和結構 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 VCC2 (VCC1+)時， VCC2給 DS1302 供電，同時可以向 VCC1充電；當 VCC2 VCC1時， DS1302 由 VCC1供電。 因此，在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 X1 和 X2 是接振蕩源引腳，外接（鐘表、電子表常用晶體）。 是復位 /片選線； I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入倒計時實時時鐘設計 6 /輸出雙向端口； SCLK 是串行通信的時鐘輸入腳，時鐘處于輸入狀態(tài)。這 3 個引腳用于數(shù)據(jù)通信，下面 有詳細說明。 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，表示讀 /寫日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 “ 1”時，表示進行讀操作。 ? 最低位（第 0 位）為 “ 0” 時，表示要進行寫操作；為 “ 1” 時，表示進行讀操作。 ? 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 進行數(shù)據(jù)交換時，首先要向 DS1302 發(fā)送一 個 字節(jié)的控制指令字。 對于寫 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 SCLK 時鐘的上升沿時（圖 33 中第 9 個），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 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 SCLK的上升沿時將數(shù)據(jù)讀入。 數(shù)據(jù)的讀 /寫時序如圖 33 所示 。 倒計時實時時鐘設計 7 圖 33 DS1302 的讀 /寫控制時序 在圖 33 中， 是復位 /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 DS1302 的數(shù)據(jù)傳送過程，且只有當為高電平時，才能對 DS1302 進行操作。如果在數(shù)據(jù)傳送過程中將 置為 低電平，則會終止此次數(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，才能將置為高電平。 DS1302 的寄存器 DS1302有 12個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關，用于存放日期和時鐘值。數(shù)據(jù)的格式為壓縮 BCD 碼形式，其日歷、時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 /啟動時鐘的控制為，當該位為 “ 1” 時，時鐘 停止計時，保持現(xiàn)有數(shù)據(jù)不變，進入低功耗的待機狀態(tài)；當CH 為 “ 0” 時，時鐘才啟動計時、進入正常工作方式。因此當 DS1302 第一次上電時，應該將 CH 寫 “ 0” ，啟動時鐘工作。 倒計時實時時鐘設計 8 表 32 DS1302 的日歷、時鐘寄存器及控制字 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 對后備電源進行涓細電流充電 DS1302 可以使用雙電源供電，當 VCC2(主電源 ) （ VCC1+）時， DS1302 自動切換到由 VCC2供電，同時還具有向 VCC1充電（當 VCC1接可充電電池時）的功能，充電電流的大小也可以通過設置相應的控制充電寄存器來改變 [9]。 圖 34 是 DS1302 對后備電源 VCC1進行涓細電流充電的示意圖。充電過程由DS1302 內(nèi)部的 2 個寄存器控制。 DS1302 的這個功能，為實現(xiàn)實時時鐘的掉電運行提供了方便、可靠的方案。 圖 34 DS1302 對后備電源進行涓細電流充電示意圖 倒計時實時時鐘設計 9 ATmega16 介紹 ATmega16 特點 （ 1）采用先進 RISC 結構的 AVR 內(nèi)核 131條機器指令，且大多數(shù)指令的執(zhí)行時間為單個系統(tǒng)時鐘周期； 32個 8位通用工作寄存器；工作在 16MHz時具有 16MIPS 的性能；配備只需要 2 個時鐘周期的硬件乘法器 （ 2）外圍接口 2個帶有分別獨立、可設置預分頻器的 8位定時器 /計數(shù)器； 1個帶有可設置預分頻器、具有比較、捕捉功能的 16 位定時器 /計數(shù)器；片內(nèi)含獨立振蕩器的實時時鐘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 個可編程的增強型全雙工的，支持同步 /異步通信的串行接口 USART； 1個可工作于主機 /從機模式的 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，具有獨立片內(nèi)振蕩器的看門狗定時器 WDT。 （ 3）寬電壓、高速度、低功耗 工作電壓范圍寬： ATmega16 — ；運行速度： ATmega16 0— 16M；低功耗： ATmega16L工作在 1MHz、 3v、 25 度時的典型功耗為，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。 倒計時實時時鐘設計 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 8 位端口，他們?nèi)渴强删幊炭刂频碾p（多）功能復用的 I/O 引腳（口）。 四個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置為獨立的輸入口，或輸出口。當 I/O設置為輸入時，引腳內(nèi)部還配置有上拉電阻，這個內(nèi)部的上拉電阻可通過編程設置為上拉有效或上拉無效。 如果 AVR 的 I/O 口設置為輸出方式工作，當其輸出高電平時，能 夠輸出 20mA的電流，而當其輸出低電平時，可以吸收 40mA 的電流。因此 AVR 的 I/O 口驅(qū)動能力非常強，能夠直接驅(qū)動 LED 發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。而早期單片機 I/O 口的驅(qū)動能力只有 5mA，驅(qū)動 LED 時，還需要增加外部的驅(qū)動電路和器件。 芯片 Reset 復位后，所有 I/O 口的缺省狀態(tài)為輸入方式，上拉電阻無效，即 I/O為輸入高阻的三態(tài)狀態(tài) [10]。