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利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1307 設(shè)計(jì)一個(gè)能夠調(diào)節(jié)時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 介紹采用 I2C 總線接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1307 進(jìn)行準(zhǔn)確定時(shí)的設(shè)計(jì)原理， 提出實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1307 與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)給出幾個(gè)典型程序?qū)嵗�，通過(guò) Proteus 軟件進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。 先來(lái)說(shuō)說(shuō)實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1307的使用！ DS1307 是一款十分常用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以記錄年、月、日、時(shí)、分、秒等信息，提供至2100年的記錄�？墒褂秒姵毓╇�，也就是說(shuō)，即使Arduino 在斷電狀態(tài)下，時(shí)鐘芯片仍然是在運(yùn)行的。它使用十分常用的兩線式串行總線（I2C），只要兩根線即可和Arduino 通信。 電控單元的時(shí)鐘基準(zhǔn)通�？衫� CPU 內(nèi)部定時(shí)器作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，并通過(guò)軟件編程和 CPU 時(shí)鐘中斷來(lái)構(gòu)造一個(gè)軟時(shí)鐘。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需額外硬件支持，但缺點(diǎn)是時(shí)鐘的計(jì)時(shí)精度受 CPU 主晶振以及與其相連的起振電容的影響而無(wú)法做到很高， 因此累積誤差較大。同時(shí)在主電源掉電時(shí)為了維持時(shí)鐘不停擺，系統(tǒng)必須由備用電源給整個(gè) CPU 供電，這將導(dǎo)致功耗增大。 I2C總線虛擬技術(shù) DS1307是一款具有I2C總線接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，要驅(qū)動(dòng)具有I2C總線接口的DS1307芯片，一種辦法是選擇一款帶有I2C總線接口的高檔單片機(jī)，然而，在很多小型儀器儀表中以及在單片機(jī)的教學(xué)環(huán)境中，使用帶有I2C總線接口的高檔單片機(jī)在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，在這種情況下，可以采用I2C總線虛擬技術(shù)，選用普遍使用的51單片機(jī)，利用單片機(jī)的通用I/O端口模擬實(shí)現(xiàn)I2C總線接口。 硬件接口電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的電路由單片機(jī)AT89C51、日歷時(shí)鐘芯片DS1307、獨(dú)立按鍵及顯示電路組成。 DS1307與AT89C51的接口 為了使AT89C51單片機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)DS1307芯片，本文采用了I2C總線虛擬技術(shù)，將單片機(jī)P2.6口和P2.7口來(lái)虛擬I2C總線接口。I2C總線是同步串行數(shù)據(jù)傳輸總線，其內(nèi)部為雙向傳輸電路，端口輸出為開(kāi)漏結(jié)構(gòu)，故總線上必須有上拉電阻，通�？扇�5~10kΩ。因單片機(jī)P2口內(nèi)部有上拉電阻，故DS1307芯片的SCL引腳與SDA引腳與單片機(jī)接口時(shí)，不需再添加上拉電阻。此外，按照DALLAS公司推薦的硬件接法，往往需要精度很高的晶體，為了提高其可靠性并節(jié)約成本，可將DS1307的X2引腳添加上拉電阻，從而可以克服使用普通晶振時(shí)DS1307不起振的問(wèn)題，進(jìn)而保證了DS1307的起振。日歷時(shí)鐘芯片DS1307與AT89C51的接口電路如圖1所示。  時(shí)鐘顯示電路 為了將系統(tǒng)時(shí)間實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，本系統(tǒng)沒(méi)有采用常用的數(shù)碼管作為顯示方式，而是采用1602LCD液晶實(shí)時(shí)顯示時(shí)間，這樣電路的設(shè)計(jì)就會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單一些，所用到的I/O口也較少。1602液晶的接口電路如圖2所示。 時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路 為了能夠及時(shí)對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路，由K0、K1、K2三個(gè)按鍵組成，且分別由單片機(jī)的P2.0、P2.1和P2.2口控制。其中，K0做為時(shí)鐘調(diào)節(jié)的菜單鍵，第一次按下表示可以調(diào)節(jié)時(shí)間秒，第二次可以調(diào)節(jié)時(shí)間分，第三次按下調(diào)節(jié)時(shí)，第四次按下退出調(diào)時(shí)菜單，時(shí)鐘繼續(xù)開(kāi)始走動(dòng)。K1和K2分別是時(shí)分秒調(diào)節(jié)的加減鍵。在本電路中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，額外添加三個(gè)上拉電阻，以保證在沒(méi)有按鍵按下時(shí)，進(jìn)入單片機(jī)三個(gè)I/O口的按鍵均處于高電平狀態(tài)，防止干擾產(chǎn)生。時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路如圖3所示。 接口程序設(shè)計(jì) 軟件程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，包括主程序、初始化子程序、時(shí)鐘運(yùn)行子程序，按鍵掃描子程序。其中，初始化子程序主要工作有：初始化I2C總線，使總線處于備用狀態(tài)；初始化LCD液晶顯示器讓其正常顯示；初始化定時(shí)器0并開(kāi)啟定時(shí)器0中斷。時(shí)鐘運(yùn)行子程序主要負(fù)責(zé)讓DS1307芯片更新時(shí)間并在LCD上顯示。按鍵掃描子程序負(fù)責(zé)檢測(cè)按鍵的狀態(tài)并將更改后的時(shí)間顯示出來(lái)。主程序主要負(fù)責(zé)初始化及鍵盤掃描工作。本系統(tǒng)主程序的流程圖如圖4所示。 在本系統(tǒng)中，因采用了I2C總線虛擬技術(shù)，需嚴(yán)格按照時(shí)序圖的要求進(jìn)行操作，因此，在程序設(shè)計(jì)當(dāng)中，分別添加了幾個(gè)子程序，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS1307進(jìn)行通信。下面是根據(jù)本文電路對(duì)I2C總線上的信號(hào)進(jìn)行模擬的幾個(gè)子程序： void start（） //模擬 I2C 啟動(dòng)信號(hào) { SDA = 1; Nop （）; SCL = 1; Nop （）; SDA = 0; Nop （）; SCL = 0; } void stop（） //模擬 I2C 停止信號(hào) { SDA = 0; Nop （）; SCL = 1; Nop （）; SDA = 1; Nop （）; } void ack（） //模擬 I2C 應(yīng)答信號(hào) { SDA = 1; Nop （）; SCL = 1; Nop （）; SCL = 0; } void un_ack（） //模擬 I2C 非應(yīng)答信號(hào) { uchar i; i=0; SCL=1; while（SDA==1&&i《200） i++; Nop （）; SCL = 0; } 需要注意的是，DS1307的各類時(shí)間數(shù)據(jù)均以BCD碼的格式存儲(chǔ)在相應(yīng)的時(shí)間寄存器中，而1602液晶顯示器只能識(shí)別字符碼，即ASCLL碼，因而1602在向DS1307讀取或?qū)懭霑r(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。本文采用以下兩個(gè)子程序用來(lái)完成上述功能： uchar dec_to_bcd （uchar dec） //ASCLL 碼 （十 進(jìn) 制 ）轉(zhuǎn)BCD 碼 { Uchar x， y; x=dec/10; y=dec%10; y=（x《《4）|y; return y; } uchar bcd_to_dec（uchar bcd） //BCD 碼 轉(zhuǎn) ASCLL 碼（十進(jìn)制） { Uchar x， y; y=bcd/16; x=bcd % 16; y=y*10+x; return y; } 仿真分析 本文最后使用Proteus軟件對(duì)本實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行仿真，將代碼下載到單片機(jī)當(dāng)中并啟動(dòng)Proteus后，液晶顯示器與DS1307時(shí)鐘顯示模塊同時(shí)顯示初始時(shí)間并開(kāi)始計(jì)時(shí)， 適當(dāng)調(diào)節(jié)三個(gè)獨(dú)立按鍵 K0~K2 后，液晶顯示器顯示調(diào)整后的 時(shí)間并且把新的 時(shí)間寫(xiě)入DS1307，DS1307 從新的時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)。 仿真效果如圖5 所示。  本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 DS1307 可調(diào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)，提出了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1307 與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)方法，因本系統(tǒng)采用了 I2C 總線虛擬技術(shù)，需嚴(yán)格按照 I2C 總線時(shí)序圖的要求對(duì) DS1307 進(jìn)行操作，本文給出了對(duì)I2C 總線上的信號(hào)進(jìn)行模擬的幾個(gè)典型程序?qū)嵗詈笸ㄟ^(guò) Proteus 軟件成功仿真實(shí)現(xiàn)。
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