利用DS1305時鐘芯片實現(xiàn)電源開關(guān)電路的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

引言

對于許多便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需要長時間無人看管地工作，如在石油鉆井下、輸油管道等場所。一般需要間隔數(shù)小時進行一個采集，這樣系統(tǒng)大部分時間處空閑狀態(tài)。雖然現(xiàn)在低功耗單片機的睡眠狀態(tài)提供了降低功耗的一種方法，但低功耗不等于沒有功耗，系統(tǒng)長時間工作時不得不考慮功耗的問題。

為進一步節(jié)省功耗，我們在研制一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，利用實時時鐘芯片DS1305設(shè)計一電源開關(guān)電路。利用該開關(guān)電路，可使系統(tǒng)在空頭時處于關(guān)閉狀態(tài)，每當采集時間到，由報警信號開啟單片機系統(tǒng)以進行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)采集結(jié)束時，單片機關(guān)閉開關(guān)電路，系統(tǒng)斷電。這樣系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，一直到下一次開關(guān)電路報警。

1、 DS1305簡介

DS1305是美國Dallas公司推出的串行接口帶報警實時時鐘。它有20腳的TSSOP、16腳的DIP兩種封裝方式，工作電壓范圍從2.0～5.5V。

1.1 主要特性

DS1305用二一十進制（BCD）碼表示實時時鐘的秒、分、小時、星期、日、月和年的時間信息，并且自動對小月（少于31天的月份）和閏年的日期進行調(diào)整，兼有帶AM/PM指示12小時和24小時兩種時間指示格式。圖1為DS1305兩種引腳的排列。

DS1305提供了主電源和后備電源的雙電源引腳和一個電池輸入引腳；Vcc1為主電源，Vcc2為后備電源，可充電電源接此引腳，VBAT接3V的鋰紐扣電池或其它電源。VCCIF引腳用來驅(qū)動SDO和PF（電源失效輸出）引腳的電平和接口的電相兼容。DS1305只支持三種電源連接方式，如圖2所示。VCC1和VBAT供電時，VCC1大于VBAT0.2V時，正常對DS1305進行訪問。當VCC1小于CBAT時，DS1305進入寫保護。VCC1、VCC2供電時，當Vcc1比Vcc2大0.2V，Vcc1輸入作為電源；當Vcc1小于Vcc2，Vcc2對DS1305供電。這種模式下，DS1305不能寫保護自己。當Vcc1以+5V供電時，DS1305正常工作電流為1.28mA，時鐘保持電流最大為81μA，當+2V供電時，正常工作電流為0.425mA，時鐘保持電流最大為25.3μA。

DS1305支持通過SPI串行數(shù)據(jù)端口或者標準的三線接口進行時間的校正和數(shù)據(jù)的讀取，可進行單字節(jié)的或連讀字節(jié)束發(fā)方式的訪問。SERMODE接地，串口訪問模式設(shè)定為標準3線模式：SD1（串口數(shù)據(jù)輸入）與SDO（串口數(shù)據(jù)輸出）連接在一起作為單一的I/O引腳，它與CE、SCLK組成3線模式。SERMODE接VCC，選擇SPI通信模式，具體操作可查閱有關(guān)資料。

INT0、INT1提供兩個可編程的中斷報警信號，可通過串行總線訪問和設(shè)定秒、分、時、星期的報警時間。

X1、X2引腳直接連接標準的32.768kHz晶振，無需外接其它元件。如實時時鐘有誤差，可以在振蕩器兩端并接6pF電容進行調(diào)整。

1.2 操作方式

DS1305共有148個用戶RAM，其讀操作地址與寫操作地址空頭分開，當其高位為1時，為寫操作地址空間，0為讀操作地址。除實時時鐘、日歷寄存器和通用寄存器之外，還有作一般數(shù)據(jù)存儲器用的96字節(jié)的NVRAM。對DS1305操作之前，必須對控制寄存器、狀態(tài)寄存器、涓流充電寄存器進行初始化。

以下為控制寄存器（0F讀，8F字）：

EOSC：設(shè)置為0使振蕩器開始工作，設(shè)置為1，DS1305處于低功耗閑置狀態(tài)。WP：寫保護位，上電初始化后，WP位處于三態(tài)，在任何寫操作之前，該位必須清零。INTCN：中斷控制位，控制兩個中斷之間的聯(lián)系，置位后兩個中斷引腳INT0、INT1分別響應各自的中斷（需中斷使能），清零后，中斷1、2報警時間匹配都只能引發(fā)INT0輸入低電平，INT1無效。ALE0、ALE1置1時中斷0、1使能。

狀態(tài)寄存器（讀10H）只有兩位IRQF0、INQF1，置位時分別表示中斷時間匹配。涓流充電寄存器（讀11H，寫91H）控制涓流充電的特性。

DS1305標準三線模式的讀寫操作過程，每個字節(jié)需要16個SCLK時鐘。通過CE引腳輸入高電平來啟動所有數(shù)據(jù)傳送，前8個SCLK周期為輸入寫命令，后8個SCLK周期為輸入或輸出的數(shù)據(jù)。輸入時，SCLK的上升沿數(shù)據(jù)有效；輸出時，SCLK的下降沿輸出數(shù)據(jù)有效。

2、 用DS1305開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖3所示的電路是利用DS1305組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。89C51與DS1305使用標準三線形式進行通信，74HC73為JK觸發(fā)器，輸入端J、K、CD接高電平，時鐘CLK接DS1305的中斷引腳INT0，輸出引腳Q與三極管組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開關(guān)。此外，DS1305在主電源斷電時，可自動轉(zhuǎn)換使用備用電池繼續(xù)供電，不會造成時鐘的丟失。

在采集系統(tǒng)上電初始化時鐘芯片后，通過I/O口給JK觸發(fā)器CLK引腳一個負脈沖，Q引腳輸出為低，三極管截止，采集系統(tǒng)斷電，功耗降到零。但時鐘電路部分保持供電，在DS1305實時時鐘到設(shè)定采集時間，由INT0引腳發(fā)出中斷信號給觸發(fā)器CLK一個低電平。由于CD維持高電平，造成JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，三極管導通，VCC給單片機上電復位。這樣就將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)喚醒。可由單片機控制，導通模擬電路，啟動傳感器、AD轉(zhuǎn)換器等進行數(shù)據(jù)采集。采集結(jié)束后，單片機保存采集結(jié)果后，通過輸出引腳發(fā)送低脈沖到CLK引腳，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，三極管截止，再次使得采集系統(tǒng)斷電，進入瞬眠狀態(tài)直至下一個采集時間，如此循環(huán)。

下面例程是圖3電路所示系統(tǒng)的DS1305的初始化和讀寫程序，其中CE接P1.3，I/O引腳接P1.1，SCLK引腳接P1.2。

（1）DS1305初始化程序

RESETDS：CLR P1.2：置時鐘信號P1.2=0

CLR P1.3；置片選信號P1.3=0

SETB P1.3；置片選信號P1.3=1，DS1305使能

RET

（2）對DS1305進行寫操作程序

DSW： MOV R7，#08H ；該子程序為通過單片機寫入地址或數(shù)據(jù)

WLOOP：RRC A ；A中為要寫入的數(shù)據(jù)或地址

MOV P1.1，C

SETB P1.2 ；時鐘信號

NOP

CLR P1.2 ；產(chǎn)生時鐘脈沖

DJNZ R7，WLOOP

RET

（3）對DS1305進行讀操作程序

DSR：SETB P1.1 ；為讀數(shù)據(jù)做準備。

CLR A

MOV R7，#08H

RLOOP：CLR R1.2 ；寫入地址后的第一個時鐘脈沖下降沿開始讀出數(shù)據(jù)

MOV C，P1.1

RRC A ；A中為讀出的8位數(shù)據(jù)

SETB P1.2

DJNZ R7，RLOOP

RET

3、結(jié)語

用DS1305控制的電源管理系統(tǒng)，可使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)長時間在無人看管的環(huán)境中定時進行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)這一思想所設(shè)計的電路，經(jīng)筆者應用在遠程輸油管道上的壓力測量，經(jīng)過一個月的檢驗，采集時間準確，系統(tǒng)工作可靠。

責任編輯：gt