時鐘芯片DS1302及其在數(shù)據(jù)記錄中的應(yīng)用

摘 要： 介紹了美國DALLAS公司推出的低功耗時鐘芯片DS1302的結(jié)構(gòu)和工作原理及其在測量系統(tǒng)中的應(yīng)用。它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，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)的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)記錄 時鐘芯片DS1302 硬件電路 軟件設(shè)計(jì)

在測量控制系統(tǒng)中，特別是長時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)的時間。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對測控系統(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)記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時間；若采用單片機(jī)計(jì)時，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問題。

1 DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理

DS1302[1]是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×８的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。

1.1 引腳功能表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

DS1302的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，引腳功能如表1所示。

1.2 DS1302的控制字節(jié)說明

DS1302的控制字如圖2所示。

控制字節(jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位５至位1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，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。

1.3 復(fù)位

通過把 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 輸入有兩種功能：首先， 接通控制邏輯，允許地址／命令序列送入移位寄存器；其次， 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中置 為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時，在Vcc≥2.5V之前， 必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。

1.4 數(shù)據(jù)輸入輸出

在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位至高位7，數(shù)據(jù)讀寫時序見圖３。

1.5 DS1302的寄存器

DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字見表2。

此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。

2 DS1302在測量系統(tǒng)中的硬件電路

DS1302與CPU的連接僅需要三條線，即SCLK（7）、I/O(6）、RST（5）。DS1302與CPU連接的電路原理圖如圖４所示。 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。 在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下 連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由 或 兩者中的較大者供電。當(dāng) 大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng) 小于 時，DS1302由 供電。

下面給出讀DS1302時的MCS51匯編語言程序及主程序運(yùn)行的框圖（如圖５所示）。

；DS1302初始化

ST02: CLR P1.0

CLR P1.2

NOP

SETB P1.2

 寫入一個字節(jié)

WR02: MOV R7,#8

MOV A,#0BFH

LP02: CLR P1.0

RRC A

MOV P1.1,C

NOP

SETB P1.0

NOP

DJNZ R7,LP02

RET

 讀出一個字節(jié)

RD02: MOV R7,#8

LP021:CLR O1.0

NOP

MOP C,P1.1

RRC A

SETB:P1.0

NOP

DJNZ R7,LP021

RET

；調(diào)用部分

STOP:CLR P1.2

NOP

RET

LCALL ST02

MOV A,#0BFH

LCALL WR02

MOV R6,#7

MOV R0,#49H

LP: LCALL RD02

MOV @R0,A

INC R0

DJNZ R6,LP

LCALL STOP

RET

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，又避免了定時記錄的盲目性，給連續(xù)長時間的測量、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)用于長時間連續(xù)的測控系統(tǒng)中。