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二月 19 2020

基于ATMEGA48与DS1302的定时控制系统设计

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DS1302DS1302ICRTCCLK/日历SER8-DIP集成电路(IC),时钟/计时-实时时钟MaximIntegrated

  DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。Atmel公司的ATMEGA48是一款高性能、低功耗的8 位AVR微处理器。本文利用这两种芯片,设计了实时时钟,实时数据采集和定时控制系统。下面讲介绍DS1302与ATMEGA48的应用:

  ATMEGA48与DS1302的电路连接

  Atmel公司的ATMEGA48是一款高性能、低功耗的8 位AVR微处理器,使用先进的RISC 结构,大多数指令的执行时间为单个时钟周期,所以运算速度更快。两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器;一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器;具有独立振荡器的实时计数器RTC;六通道PWM;8路10 位ADC(TQFP 与MLF 封装)[ 6路10 位ADC( PDIP 封装)];可编程的串行USART 接口;可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口;面向字节的两线串行接口;具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器;片内模拟比较器;引脚电平变化可引发中断及唤醒MCU等。

  其具有的下面特点无论从编程、自编程和加密等方面都给用户提供了很大的方便。4K字节的系统内可擦写10,000 次的可编程Flash;具有独立锁定位的可选Boot 代码区,通过片上Boot程序实现系统内编程;256字节的擦写100,000 次的EEPROM;512字节的片内SRAM,可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。

  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,体积小、与单片机接口简单、工作电压范围宽(2.5~5.5V)、功耗低、接口容易、占用CPU I/O口线少、可对时钟芯片备份电池进行涓流充电等特点。所以应用方便,被很多设计者所青睐。

ATMEGA48与DS1302的电路连接

  图1 ATMEGA48与DS1302的电路连接

  ATMEGA48与DS1302的电路连接如图1所示。由于ATMEGA48有可选的内部振荡器,所以只需接通电源即可;DS1302需要一个32768Hz的晶振,和一个备用电池。可以看出结构很简单(由于本文只介绍ATMEGA48和DS1302的应用,所以其余的显示电路和数据采集电路均省略。)。

  ATMEGA48与DS1302的通讯程序(ASM)

  DS1302的时序如图2。

DS1302的时序

  图2 DS1302的时序

  根据时序图,给出下面的读/写程序:

  读出数据子程序如下:

  ;sbi portd,7 ;假设调用子程序以前已经保持rst为高

  RDS: clr r17 ;将取到的数据保存到R17中

  ldi r24,8

  sbi portd,6 ;sclk

  RDS1: cbi portd,6 ;sclk 下降沿读取数据

  nop

  IN R16,pind ;从CPU I/O读取数据

  nop

  sbi portd,6 ;sclk

  BST R16,5 ;复制PIND.5到T

  LSR R17

  BLD R17,7 ;复制T到R17.7

  dec r24

  CPI R24,0

  BRNE RDS1

  RET

  注:ATMEGA48 I/O口有三个寄存器分别是:数据寄存器- PORTx、数据方向寄存器- DDRx 和端口输入引脚- PINx。I/O作为数据输入使用时,读取数据命令应为 IN Rd,PINx,如果使用IN Rd,PORTx则读取到的是I/O口的状态,尽管将DDRx设置成数据输入。特别注意的是,读取软件赋予引脚电平和执行读取指令in 之间至少有一个时钟周期的间隔,文中用nop间隔。

  写入数据(命令/地址)子程序如下:

  ;ldi R17,data ;假设要写入的数据已经存放到R17中

  ;sbi portd,7 ;假设调用子程序以前已经保持rst为高

  WDS: ldi r24,8

  WDS1: cbi portd,6 ;sclk

  in r16,portd ;读入D口状态

  BST R17,0 ;将R17.0复制到T

  BLD R16,5 ;将T复制到R16.5

  nop

  out portd,r16 ;写数据到portd(R16.5->portd.5)

  sbi portd,6 ;sclk

  lsr r17

  dec r24

  CPI R24,0

  BRNE WDS1

  RET

  关于命令字节的说明。DS1302命令字节由8位组成,BIT 0 为1时,读取数据,为0时写入数据。BIT 1-5 为地址。BIT 6 为1时指向31个RAM,为0 时指向时钟寄存器。BIT 7 必须为1,为0时将使DS1302停止。

  DS1302的控制寄存器的第七位是写保护位,所以在写入数据前应该将其关闭,并在写数据完毕后将其使能。下面是一段完整的设置分的程序。

  ......

  ldi r19,0x43 ;假设当前时间为43分,DS1302时间寄存器保存的数据为10进制数十六进制存储。

  ldi r18,0x82 ;写分 命令

  ldi r27,0x00 ;x H

  ldi r26,19 ;x L 在这里使用间接寻址,所以只需改变R19的数据即可。

  ......

  WRITE_DS1302:

  cbi portd,7

  cbi portd,6

  sbi portd,7

  ldi r17,0x8e ;控制寄存器en_WRITE

  rCALL WDS

  ldi r17,0 ;写操作前WP=0

  rCALL WDS

  mov r17,r18 ;写秒 分 时 日 月 星期 年 地址

  rCALL WDS

  ld r17,x ;写秒 分 时 日 月 星期 年(R19中的数据)

  rCALL WDS

  cbi portd,7

  cbi portd,6

  sbi portd,7

  ldi r17,0x8e ;控制寄存器un_en_WRITE

  rCALL WDS

  ldi r17,0x80 ;写操作前WP=1

  rCALL WDS

  cbi portd,7

  RET

  同样,下面给出了一个完整的读取分的程序

  ldi r18,0x83 ;读分 命令

  ldi r27,0x00 ;x H

  ldi r26,19 ;x L 将取到的数据存储到R19中。

  READ_DS1302:

  cbi portd,7

  cbi portd,6

  sbi portd,7

  mov r17,r18 ;写秒 分 时 日 月 星期 年 地址

  rCALL WDS

  rCALL RDS

  st x,r17 ; 保存数据到R19

  cbi portd,7

  RET

  整合写和读分的程序,改变R18的内容就可以实现“秒、分、时、日、月、星期、年”的读写,写操作时只需改变R19的内容就可以将新的数据写入,读操作时直接读取R19的内容即可。也可以通过此程序直接来对31个RAM进行数据读取。

  DS1302的充电功能

  DS1302的涓流充电功能也是非常方便的,同时又是其非常重要的一个功能,所以简单介绍一下其使用。其原理框图如图3。DS1302有一个单独的寄存器控制涓流充电。BIT7:BIT4是涓流充电功能的选择器,只有当它们被设置成1010才能够将其使能。使用DS(BIT3和BIT2)可以在一个和两个二极管之间选择;使用RS(BIT1和BIT0)可以选择两个电源(Vcc1和Vcc2)之间的电阻,这两个选择器共同使用来帮助您得到所需要的电流。

DS1302充电原理图

  图3 DS1302充电原理图

  结语

  通过这一实践,表明应用DS1302在测控系统中的数据记录,其软硬件设计简单,时间记录准确。同时由于ATMEGA48的高速度,大数据吞吐,给实际应用带来了很大方便。由于笔者水平有限,仅将应用笔记供大家参考。

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