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1、实时时钟电路的原理及应用实时时钟电路的原理及应用 1 引言 现在流行的串行时钟电路很多 如 DS1302 DS1307 PCF8485 等 这些电路 的接口简单 价格低廉 使用方便 被广泛地采用 本文介绍的实时时钟电路 DS1302 是 DALLAS 公司的一种具有涓细电流充电能力的电路 主要特点是采用串 行数据传输 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能 并且可以关闭充电功能 采用普通 32 768kHz 晶振 2 DS1302 的结构及工作原理 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能 低功耗 带 RAM 的实时时钟 电路 它可以对年 月 日 周日 时 分 秒进行计时 具有闰
2、年补偿功能 工作电压为 2 5V 5 5V 采用三线接口与 CPU 进行同步通信 并可采用突发方 式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据 DS1302 内部有一个 31X8 的用于临 时性存放数据的 RAM 寄存器 DS1302 是 DS1202 的升级产品 与 DS1202 兼容 但增加了主电源 后背电源双电源引脚 同时提供了对后背电源进行涓细电流充 电的能力 2 1 引脚功能及结构 图 1 示出 DS1302 的引脚排列 其中 Vcc1 为后备电源 VCC2 为主电源 在主 电源关闭的情况下 也能保持时钟的连续运行 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中 的较大者供电 当
3、Vcc2 大于 Vcc1 0 2V 时 Vcc2 给 DS1302 供电 当 Vcc2 小 于 Vcc1 时 DS1302 由 Vcc1 供电 X1 和 X2 是振荡源 外接 32 768kHz 晶振 RST 是复位 片选线 通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送 RST 输 入有两种功能 首先 RST 接通控制逻辑 允许地址 命令序列送入移位寄存器 其次 RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段 当 RST 为高电平时 所有 的数据传送被初始化 允许对 DS1302 进行操作 如果在传送过程中 RST 置为低 电平 则会终止此次数据传送 I O 引脚变为高阻态 上电运行时
4、在 Vcc 2 5V 之前 RST 必须保持低电平 只有在 SCLK 为低电平时 才能将 RST 置为高电平 I O 为串行数据输入输出端 双向 后面有详细说明 SCLK 始终是输入端 2 2 DS1302 的控制字 DS1302 的控制字如图 2 所示 控制字节的最高有效位 位 7 必须是逻辑 1 如果它为 0 则不能把数据写入 DS1302 中 位 6 如果为 0 则表示存取日历时钟 数据 为 1 表示存取 RAM 数据 位 5 至位 1 指示操作单元的地址 最低有效位 位 0 如为 0 表示要进行写操作 为 1 表示进行读操作 控制字节总是从最低位开始 输出 2 3 数据输入输出 I O
5、 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时 数据被写入 DS1302 数据输入从低位即位 0 开始 同样 在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据 读出数据时从低位 0 位到高位 7 2 4 DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 个寄存器 其中有 7 个寄存器与日历 时钟相关 存放的数据 位为 BCD 码形式 其日历 时间寄存器及其控制字见表 1 此外 DS1302 还有年份寄存器 控制寄存器 充电寄存器 时钟突发寄存器 及与 RAM 相关的寄存器等 时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的 所有寄存器内容 DS1302
6、 与 RAM 相关的寄存器分为两类 一类是单个 RAM 单元 共 31 个 每个单元组态为一个 8 位的字节 其命令控制字为 C0H FDH 其中奇 数为读操作 偶数为写操作 另一类为突发方式下的 RAM 寄存器 此方式下可一 次性读写所有的 RAM 的 31 个字节 命令控制字为 FEH 写 FFH 读 3 DS1302 实时显示时间的软硬件 DS1302 与 CPU 的连接需要三条线 即 SCLK 7 I O 6 RST 5 图 3 示出 DS1302 与 89C2051 的连接图 其中 时钟的显示用 LCD 3 1 DS1302 与 CPU 的连接 实际上 在调试程序时可以不加电容器 只
7、加一个 32 768kHz 的晶振即可 只是选择晶振时 不同的晶振 误差也较大 另外 还可以在上面的电路中加入 DS18B20 同时显示实时温度 只要占用 CPU 一个口线即可 LCD 还可以换成 LED 还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的 10 位多功能 8 段液晶显示模块 LCM101 内含看门狗 WDT 时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路 并有内置 显示 RAM 可显示任意字段笔划 具有 3 4 线串行接口 可与任何单片机 IC 接口 功耗低 显示状态时电流为 2 A 典型值 省电模式时小于 1 A 工作 电压为 2 4V 3 3V 显示清晰 3 2 DS1302 实时时间流程
8、 图 4 示出 DS1302 的实时时间流程 根据此流程框图 不难采集实时时间 下面结合流程图对 DS1302 的基本操作进行编程 根据本人在调试中遇到的问题 特作如下说明 DS1302 与微处理器进行数据交换时 首先由微处理器向电路发送命令字节 命令字节最高位 MSB D7 必须为逻辑 1 如果 D7 0 则禁止写 DS1302 即写保护 D6 0 指定时钟数据 D6 1 指定 RAM 数据 D5 D1 指定输入或输出的特定寄 存器 最低位 LSB D0 为逻辑 0 指定写操作 输入 D0 1 指定读操作 输出 在 DS1302 的时钟日历或 RAM 进行数据传送时 DS1302 必须首先发
9、送命令字 节 若进行单字节传送 8 位命令字节传送结束之后 在下 2 个 SCLK 周期的上 升沿输入数据字节 或在下 8 个 SCLK 周期的下降沿输出数据字节 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类 一类是单个 RAM 单元 共 31 个 每个 单元组态为一个 8 位的字节 其命令控制字为 C0H FDH 其中奇数为读操作 偶数为写操作 再一类为突发方式下的 RAM 寄存器 在此方式下可一次性读 写 所有的 RAM 的 31 个字节 要特别说明的是备用电源 B1 可以用电池或者 超级电容器 0 1F 以上 虽然 DS1302 在主电源掉电后的耗电很小 但是 如果 要长时间保证时钟正
10、常 最好选用小型充电电池 可以用老式电脑主板上的 3 6V 充电电池 如果断电时间较短 几小时或几天 时 就可以用漏电较小的普通电解 电容器代替 100 F 就可以保证 1 小时的正常走时 DS1302 在第一次加电后 必须进行初始化操作 初始化后就可以按正常方法调整时间 4 结论 DS1302 存在时钟精度不高 易受环境影响 出现时钟混乱等缺点 DS1302 可以用于数据记录 特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录 能实现数据与 出现该数据的时间同时记录 这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对 异常数据出现的原因的查找具有重要意义 传统的数据记录方式是隔时采样或定 时采样 没有具体的时间记录 因此 只能记录数据而无法准确记录其出现的时 间 若采用单片机计时 一方面需要采用计数器 占用硬件资源 另一方面需要 设置中断 查询等 同样耗费单片机的资源 而且 某些测控系统可能不允许 但是 如果在系统中采用时钟芯片 DS1302 则能很好地解决这个问题
