單片機(jī)與串行時鐘DS1307的接口設(shè)計(jì)

在簡單介紹串行時鐘芯片ds1307的基礎(chǔ)上，介紹了時鐘電路的rs485接口設(shè)計(jì)8本文所設(shè)計(jì)的時鐘電路具有體積小、抗干擾性能強(qiáng)、通用性好、調(diào)時方便等特點(diǎn)。

0 引言

由單片機(jī)構(gòu)成的測控系統(tǒng)或智能顯示屏中，經(jīng)常需要實(shí)時日歷時鐘，為節(jié)省CPU資源，增強(qiáng)實(shí)時時鐘電路的通用性，本文介紹DS1307的應(yīng)用及其接口設(shè)計(jì)，該時鐘系統(tǒng)用RS485接口，采用SN75176差分平衡驅(qū)動接收，具有抗干擾能力強(qiáng)，可與PC機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信也可以與其他控制電路相連；時鐘調(diào)時可方便地用PC機(jī)或電路中設(shè)置的按鍵進(jìn)行時間設(shè)定和修改。

1、串行時鐘DS1307簡介

DS1307是I2C總線接口的日歷時鐘芯片，片內(nèi)有8個特殊寄存器和56B的SRAM，是一種低功耗、BCD碼的8引腳實(shí)時時鐘芯片。

DS1307的主要技術(shù)性能如下：

具有秒、分、時、日、星期、月、年的計(jì)數(shù)功能，并具有12小時制和24小時制計(jì)數(shù)模式，可自動調(diào)整每月天數(shù)及閏年；

具有自動掉電保護(hù)和上電復(fù)位功能；

可輸出不同頻率的方波信號

（1）DS1307的引腳排列圖如圖1所示。

VCC：+5V電源；

VBAT：+3V電池電源輸入；

X1，X2:32.768kHz的晶振輸入端；

SDA：數(shù)據(jù)線；

SCL：時鐘線；

SQW/OUT：方波信號輸出端。

（2）DS1307的特殊寄存器地址分配

DS1307內(nèi)部有8個特殊寄存器即00H~07H單元，其中00H~06H分別為秒~年時間計(jì)數(shù)寄存器，07H為控制寄存器。其詳細(xì)的空間分配如表1所示。

控制寄存器07H單元用于控制芯片7腳產(chǎn)生不同頻率的方波信號。具體作用如表2所示。

其中：OUT為控制位，SQWE是使能位。

當(dāng)SQWE=0時，如果OUT=0，則SQW/OUT引腳輸出低電平，如果OUT=1，則SQW/OUT引腳輸出為高電平。當(dāng)SQWE=1時，由RS1，RS0決定引腳SQW/OUT輸出不同頻率的方波信號。RS1，RS0與輸出頻率的關(guān)系為表3所示。

（3）DS1307的工作時序

DS1307通過雙向數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其時序關(guān)系如圖2所示。

從時序圖2中可看出，DS1307有2種操作方式：

（1）寫操作：把SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)按RAM指定的首地址（WordAddress）依次寫入N個字節(jié)數(shù)據(jù)，其格式為：

（2）讀操作：按RAM指定的首地址依次讀出N個字節(jié)數(shù)據(jù)，其格式為：

其中：S為起始信號，1101000為DS1307的口地址，A應(yīng)答信號，A非應(yīng)答信號，P停止信號。

2、時鐘系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由89C51單片機(jī)、時鐘芯片DS1307，RS485接口電路及顯示電路組成。主要原理框圖如圖3所示。

2.1 89C51部分

本文利用89C51的P1.6，P1.7來模擬I2C總線的時鐘線（SCL）和數(shù)據(jù)線（SDA）對時鐘芯片DS1307的時鐘數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作，并把讀來的數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示。利用P3.0，P3.1實(shí)現(xiàn)串行輸入輸出，用P1.5來控制PC機(jī)輸出數(shù)據(jù)對顯示時間的影響，當(dāng)P1.5=1時才允許顯示傳送，利用89C51的外部中斷INT0對按鍵調(diào)整時間進(jìn)行中斷控制。

2.2 DS1307部分

通過DS1307的SDA，SCL將時鐘芯片的00H~06H單元的秒、分、時、星期、日、月和年送到數(shù)碼管顯示。DS1307的寫地址為11010000B，讀地址為11010001B。

2.3 RS485接口部分

為便于遠(yuǎn)距離、高速率下的多機(jī)通信，采用RS485接口。由MC1489將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，由MC1488實(shí)現(xiàn)TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換，并用SN75176傳輸線驅(qū)動、接收器實(shí)現(xiàn)差分平衡型電路的轉(zhuǎn)換，以增強(qiáng)電路的抗干擾能力。

3、軟件設(shè)計(jì)

該時鐘系統(tǒng)軟件有89C51與DS1307之間的數(shù)據(jù)交換、與PC機(jī)的串行通訊、按鍵時間調(diào)整及顯示程序4大部分構(gòu)成。下面擇其主要程序簡單介紹如下：

（1） 89C51對DS1307數(shù)據(jù)讀、寫操作

該程序是整個時鐘電路的核心部分。利用單片機(jī)的P1.6，P1.7 I/O口，根據(jù)DS1307的數(shù)據(jù)傳輸格式用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作；下面給出對DS1307進(jìn)行寫操作的部分參考子程序。

發(fā)送起始位子程序SAT：

（2） 與PC機(jī)的串行通訊

軟件功能 PC機(jī)將鍵盤輸入的字符發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)接受PC機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)后回送同一數(shù)據(jù)給PC機(jī)，并在屏幕上顯示出來。

通訊約定 波特率設(shè)置。

數(shù)據(jù)格式 8個數(shù)據(jù)位，一個停止位。

傳送方式 PC機(jī)采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)，單片機(jī)采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。

（3） 單鍵時間調(diào)整

軟件功能 為節(jié)省單片機(jī)資源用單鍵方式實(shí)現(xiàn)時間的調(diào)整，即利用89C51的中斷0實(shí)現(xiàn)中斷。

當(dāng)有鍵按下時，首先由秒顯示閃爍，表示可以對秒進(jìn)行調(diào)整，閃爍一定時間（如5 s），在此時間內(nèi)如接收不到調(diào)整信號，則自動閃爍下一位，直至年調(diào)整為止。

4、結(jié)語

本文選擇實(shí)時時鐘芯片DS1307和單片機(jī)89C51設(shè)計(jì)了一個日歷時鐘系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小，具有RS485接口，通用性強(qiáng)、調(diào)時方便。已在許多智能顯示屏中得到成功應(yīng)用，也可用于實(shí)時測控系統(tǒng)。