缐磊 王毓謙

摘 要：本文利用單片機(jī)和DS1302時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的時(shí)鐘裝置，闡述了該裝置的硬件組成、軟件實(shí)現(xiàn)、程序流程圖及程序說明，并在在Protues仿真軟件中進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明該電子鐘具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，有很大的擴(kuò)展空間。

關(guān)鍵詞：DS1302；Protues；單片機(jī)；時(shí)鐘

一般情況下，可通過單片機(jī)的定時(shí)器功能模擬一個(gè)簡單的電子時(shí)鐘，但是此種方法不僅時(shí)間誤差大，耗費(fèi)單片機(jī)的內(nèi)部資源，而且不可保存時(shí)間，一旦系統(tǒng)斷電，時(shí)鐘及恢復(fù)到復(fù)位值。本文選用專門的時(shí)鐘芯片DS1302，仿真設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，成本低，設(shè)計(jì)開發(fā)周期短，有很大的擴(kuò)展空間。

1 時(shí)鐘芯片DS1304簡介

DS1302是美國 DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，并能夠?qū)γ吭碌奶鞌?shù)和閏年的天數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整，時(shí)鐘可以采用24小時(shí)制，也可以采用12小時(shí)制。DS1302功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1uW，在沒有電源供電的情況下，可以工作長達(dá)10年的時(shí)間。

具體各管腳功能如下：X1和X2為晶振接入引腳，接入的晶振為32.768kHz；SCLK為串行時(shí)鐘引腳；I/O為數(shù)據(jù)輸入與輸出引腳；CE為復(fù)位引腳；VCC1和VCC2為點(diǎn)源供電引腳，且VCC1為主電源，VCC2為備份點(diǎn)源，當(dāng)VCC2>VCC1+0.2V時(shí)，由VCC2向DS1302供電，否則由VCC1供電。DS1302與單片機(jī)等微處理器接口時(shí)，可以采用簡單的同步串行工作方式，僅需要三個(gè)口線與單片機(jī)相連：1）CE管腳、2）I/O管腳、3）串行時(shí)鐘SCLK管腳。

DS1302內(nèi)部有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字如表1所示。

此外DS1302內(nèi)部還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。對于開發(fā)者來說，主要使用DS1302內(nèi)部的這12個(gè)寄存器。如果在開發(fā)系統(tǒng)中，微處理器的RAM空間不夠等也可以使用DS1302內(nèi)部的RAM空間。DS1302內(nèi)部還有31RAM單元，每個(gè)單元為8位。31個(gè)單元對應(yīng)著62個(gè)命令控制字：C0H～FDH，共62個(gè)，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。當(dāng)然，也可以一次性地讀寫這31個(gè)單元，命令控制字分別為FEH（寫）、FFH（讀），這種方式稱為突發(fā)方式。

2 DS1302的讀寫時(shí)序

對DS1302進(jìn)行讀寫操作時(shí)，數(shù)據(jù)總是從最低位開始傳動，通過一個(gè)SCLK時(shí)鐘的下降/上升沿該位數(shù)據(jù)寫入芯片，整個(gè)過程中控制器一直主導(dǎo)著時(shí)序，而時(shí)鐘芯片則處于被動狀態(tài)。

DS1302寫1位邏輯電平值的步驟為：

①控制器拉高RST引腳，引入邏輯控制模式；

②控制器清零時(shí)鐘線SCLK；

③將需要寫入的數(shù)據(jù)置于數(shù)據(jù)線I/O上；

④控制器拉高時(shí)鐘線SCLK，形成一個(gè)時(shí)鐘上升沿，則DS1302讀入I/O引腳上的電平值，從而完成了1位邏輯電平的寫操作；

DS1302讀1位邏輯電平值的步驟為：

①控制器拉高CE引腳，進(jìn)入邏輯控制模式；

②控制器拉高時(shí)鐘線SCLK，此時(shí)DS1302將1位數(shù)據(jù)置于數(shù)據(jù)線I/O上；

③將I/O引腳的電平值讀入控制器內(nèi)部寄存器暫存；

④控制器拉低時(shí)鐘線SCLK，形成一個(gè)時(shí)鐘下降沿，則控制器完成對I/O引腳上的電平值的讀取，從而完成了1位邏輯電平的讀操作。

3 硬件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)DS1302時(shí)鐘功能的主體原件是AT89C51單片機(jī)，需在Protues電路窗口中繪制所示的單片機(jī)DS1302時(shí)鐘仿真電路圖。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過串行讀寫DS1302時(shí)鐘芯片，完成時(shí)鐘信息顯示。采用8位的數(shù)碼管顯示時(shí)間或日期，數(shù)碼管的位選通過譯碼器選擇；時(shí)鐘芯片與單片機(jī)三線相連，對時(shí)鐘操作分讀寫字節(jié)、讀寫命令和初始化等部分實(shí)現(xiàn)。讀者可根據(jù)實(shí)際情況自行編寫代碼，本程序源代碼不詳細(xì)說明。

5 仿真運(yùn)行

在電路圖中選中AT89C51并單擊，打開“Edit Component”對話窗口，在“Program File”欄中，選擇用keil生成的“.HEX”文件，單擊Protues ISIS界面左下角開始按鈕，進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，結(jié)果如圖4所示。

6 結(jié)語

在本項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了基于DS1302時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘，可以看出，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，運(yùn)行穩(wěn)定精確。另外可以考慮增加按鍵，即增加按鍵用來調(diào)整時(shí)間和日期，這需要用到DS1302的寫時(shí)序，其操作過程和讀時(shí)序非常類似，可見其具有很大的擴(kuò)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]李偉躍.基于時(shí)鐘芯片DS1302的萬年歷的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（09）：20-21.

[2]李芝浩，朱爾隆.基于protues仿真的自動售貨機(jī)的實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（16）：147

[3]劉春燕，晁勤，袁鐵江，魏麗麗.多功能數(shù)字萬年歷的設(shè)計(jì)[J].自動化應(yīng)用，2013（01）：39-41.

[4]李秀麗，雷晨，孫藝玫，徐倩.基于Protues的GPS守時(shí)授時(shí)時(shí)鐘裝置的設(shè)計(jì)與仿真[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2011，27（01）：74-78.

[5]曲立國，黃友銳，唐超禮，徐善永.Protues在電子課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技視界，2012（14）：96-98.

[6]田清華.單片機(jī)流水燈的Protues仿真[J].科技傳播，2013，5（06）：202-203.

作者簡介

缐磊（1998-），男，漢，河南省南陽市臥龍區(qū)人，本科在讀，鄭州大學(xué) 過程裝備與控制工程。

王毓謙（1997-），男，漢，黑龍江省齊齊哈爾市人，本科在讀，鄭州大學(xué) 過程裝備與控制工程。