ATMEGA48与DS1302组成的定时控制系统

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  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。
Maxim公司的8脚串行实时时钟日历芯片DS1302,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。


图1 ATMEGA48与DS1302的电路连接

  笔者利用这两种芯片,设计了实时时钟,实时数据采集和定时控制系统。现就DS1302与ATMEGA48的应用介绍给大家。

        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)


图2 DS1302的时序


图3 DS1302充电原理图

  
DS1302的时序如图2。
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
decr24
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
stx,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。

  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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