AVR單片機(jī)與串行時(shí)鐘器件DS3231的應(yīng)用設(shè)計(jì)

BIT6位：電池備份的方波使能(BBSOW)。當(dāng)設(shè)定為邏輯1并且DS3231由VBAT引腳供電時(shí)，在沒(méi)有加載VCC的情況下，該位使能方波輸出。當(dāng)BB-SQW設(shè)定為邏輯0時(shí)，若VCC降至低于電源故障門(mén)限值，則INT／SQW引腳變?yōu)楦咦杩埂３醮紊想姇r(shí)，該位清零(邏輯0)。

BIT5位：轉(zhuǎn)換溫度(CONV)。該位置為1時(shí)，強(qiáng)制溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字，并執(zhí)行TCXO算法更新振蕩器的電容陣列。只在空閑期間有效。狀態(tài)位BSY=1時(shí)，禁止設(shè)定轉(zhuǎn)換溫度位。用戶(hù)在強(qiáng)制控制器開(kāi)始新的TCXO操作之前。應(yīng)檢查狀態(tài)位BSY。用戶(hù)啟動(dòng)的溫度轉(zhuǎn)換不影響內(nèi)部64 s更新周期。用戶(hù)啟動(dòng)的溫度轉(zhuǎn)換在大約2 ms內(nèi)不會(huì)影響B(tài)SY位。CONV位從寫(xiě)入開(kāi)始直到轉(zhuǎn)換完成一直保持為1，轉(zhuǎn)換完后，CONV和BSY均變?yōu)?。在監(jiān)視用戶(hù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)，應(yīng)使用CONV位。

BIT4和BIT3位：頻率選擇(RS2和RS1)，初次上電時(shí)，BIT4和BIT3設(shè)置為邏輯1。方波使能時(shí)用于控制方波輸出的頻率。RS1、RS2的邏輯值與方波輸出頻率的關(guān)系如表2所列。

BIT2位：中斷控制(INTCN)。該位控制INT／SQW信號(hào)。INTCN置為0時(shí)，INT／SQW引腳輸出方波；INTCN置為1時(shí)，若計(jì)時(shí)寄存器與任一個(gè)鬧鐘寄存器相匹配，則會(huì)觸發(fā)INT／SQW信號(hào)(如果也使能鬧鐘的話)。匹配時(shí)相應(yīng)的鬧鐘標(biāo)志總是置位，而與INTCN位的狀態(tài)無(wú)關(guān)。初次上電時(shí)，INTCN位置為邏輯1。

BIT1位：鬧鐘2中斷使能(A2IE)。該位置為邏輯1時(shí)，允許狀態(tài)寄存器中的鬧鐘2標(biāo)志位(A2F)觸發(fā)INT／SQW信號(hào)(當(dāng)INTCN=1時(shí))。當(dāng)A2IE位置為0或者INTCN置為0時(shí)，A2F位不啟動(dòng)中斷信號(hào)。初次上電時(shí)，A2IE位清零(邏輯0)。

BIT0位：鬧鐘1中斷使能(A1IE)。該位置為邏輯1時(shí)，允許狀態(tài)寄存器中的鬧鐘1標(biāo)志位(A1F)觸發(fā)INT／SQW信號(hào)(當(dāng)INTCN=1時(shí))。當(dāng)A1IE位置為0或者INTCN置為0時(shí)，A1F位不啟動(dòng)INT／SQW信號(hào)。初次上電時(shí)，A1IE位清零(邏輯0)。

2.3 DS3231的數(shù)據(jù)交換及其格式

DS3231在I2C總線上作為從器件。通過(guò)執(zhí)行START命令并且在驗(yàn)證器件地址后才可以訪問(wèn)。然后寄存器可以被訪問(wèn)直到執(zhí)行一個(gè)STOP命令為止。

所有在I2C總線上傳輸?shù)牡刂钒L(zhǎng)度均為9位，它包括7個(gè)地址位，1個(gè)R／W控制位和1個(gè)應(yīng)答位ACK，如果R／W為1，則執(zhí)行讀操作；如果R／W為0，則執(zhí)行寫(xiě)操作。從機(jī)尋址后，必須在第9個(gè)SCL(ACK)周期通過(guò)拉低SDA做出應(yīng)答，若從機(jī)忙或者無(wú)法響應(yīng)主機(jī)，則應(yīng)在ACK周期內(nèi)保持SDA為高。然后主機(jī)發(fā)出STOP狀態(tài)或者REP START狀態(tài)重新開(kāi)始發(fā)送。地址包包括從機(jī)地址和稱(chēng)為SLA+R或者SLA+W的READ或者WRITE位。地址字節(jié)的MSB首先被發(fā)送。所有1111xxxx的地址均保留。以便將來(lái)使用。

所有在I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度均為9位，它包括8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)應(yīng)答位。在數(shù)據(jù)傳送中，主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘及START與STOP狀態(tài)，而接收器響應(yīng)接收。應(yīng)答是由ACK在第9個(gè)SCL周期拉低SDA實(shí)現(xiàn)的。如果接收器拉高SDA，則發(fā)送NACK信號(hào)。如果接收器由于某種原因不能接收更多數(shù)據(jù)，應(yīng)在最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)出NACK信號(hào)告訴發(fā)送器停止發(fā)送，首先發(fā)送數(shù)據(jù)的MSB。

DS3231通過(guò)雙向數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從其時(shí)序關(guān)系可看出，DS3231有兩種操作方式：

(1) 寫(xiě)操作：把SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)按RAM指定的首地址(Word Address)依次寫(xiě)入N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。主器件首先傳輸從器件的地址字節(jié)，緊跟著是一系列數(shù)據(jù)字節(jié)。從器件每收到一個(gè)字節(jié)后返回一個(gè)應(yīng)答位ACK。其格式如圖2所示。

(2) 讀操作：按RAM指定的首地址依次讀取N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，主器件首先傳送從器件地址。從器件返回一個(gè)應(yīng)答位。隨后是從器件傳輸?shù)囊幌盗袛?shù)據(jù)字節(jié)。主器件收到除最后一個(gè)字節(jié)外的所有字節(jié)后返回一個(gè)應(yīng)答位。在收到最后一個(gè)字節(jié)后，返回一個(gè)“非應(yīng)答位”NACK。其格式如圖3所示。

上述讀寫(xiě)操作信號(hào)中：S為起始信號(hào)(START)，1101 000為DS1307的口地址，A為應(yīng)答信號(hào)ACK，A為非應(yīng)答信號(hào)NACK，P為停止信號(hào)(STOP)。主器件產(chǎn)生所有的串行時(shí)鐘和START、STOP條件，通過(guò)傳輸STOP和重發(fā)START條件使其停止。

3 DS3231與AVR單片機(jī)的硬件接口

ATmega系列單片機(jī)片內(nèi)集成2線制串行接口模塊。Atmel稱(chēng)其為T(mén)WI接口。事實(shí)上，TWI與Philips的I2C總線是一回事。AVR硬件實(shí)現(xiàn)的TWI接口是面向字節(jié)和基于中斷的，相對(duì)軟件模擬I2C總線有更好的實(shí)時(shí)性和代碼效率，引腳輸入部分還具有毛刺抑制單元，可去除高頻干擾。圖4是DS3231與AVR單片機(jī)ATmega8的硬件接口電路原理圖。

4 DS3231與AVR單片機(jī)的軟件接口

軟件設(shè)計(jì)中，首先要對(duì)AVR單片機(jī)ATMega8與實(shí)時(shí)鐘器件DS3231進(jìn)行初始化。給DS3231準(zhǔn)確的日期和時(shí)間。不論主控模式還是被控模式，都應(yīng)當(dāng)將TWI控制寄存器TWCR的TWEN位置為1，從而使能TWI模塊。TWEN位被置位后，I／O引腳 PC5和PC4轉(zhuǎn)換成SCL和SDA，對(duì)TWI 控制寄存器TWCR的操作可在總線上產(chǎn)生START和STOP信號(hào)，從START到STOP認(rèn)為是主控模式的行為。將TWI地址寄存器TWAR的第一位TWGCE置為有效，同時(shí)將TWI控制寄存器TWCR的TWEA(應(yīng)答允許)位置1，TWI模塊就可以在總線上對(duì)其尋址做出應(yīng)答，并置狀態(tài)字。對(duì)TWI模塊的操作均為寄存器的讀寫(xiě)操作，Avr-libc沒(méi)有提供專(zhuān)門(mén)的API，可以利用基于US-ART的標(biāo)準(zhǔn)I／O實(shí)現(xiàn)對(duì)DS3231讀寫(xiě)日歷和時(shí)鐘的操作。下面的程序是DS3231與AVR單片機(jī)接口部分代碼：