用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1305啟動(dòng)數據采集系統

關(guān)鍵詞：DS1305 低功耗 數據采集

引言

對于許多便攜式數據采集系統，需要長(cháng)時(shí)間無(wú)人看管地工作，如在石油鉆井下、輸油管道等場(chǎng)所。一般需要間隔數小時(shí)進(jìn)行一個(gè)采集，這樣系統大部分時(shí)間處空閑狀態(tài)。雖然現在低功耗單片機的睡眠狀態(tài)提供了降低功耗的一種方法，但低功耗不等于沒(méi)有功耗，系統長(cháng)時(shí)間工作時(shí)不得不考慮功耗的問(wèn)題。

為進(jìn)一步節省功耗，我們在研制一數據采集系統時(shí)，利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1305設計一電源開(kāi)關(guān)電路。利用該開(kāi)關(guān)電路，可使系統在空頭時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，每當采集時(shí)間到，由報警信號開(kāi)啟單片機系統以進(jìn)行數據采集，在數據采集結束時(shí)，單片機關(guān)閉開(kāi)關(guān)電路，系統斷電。這樣系統處于關(guān)閉狀態(tài)，一直到下一次開(kāi)關(guān)電路報警。

1 DS1305簡(jiǎn)介

DS1305是美國Dallas公司推出的串行接口帶報警實(shí)時(shí)時(shí)鐘。它有20腳的TSSOP、16腳的DIP兩種封裝方式[1]，工作電壓范圍從2.0～5.5V。

1.1 主要特性

DS1305用二一十進(jìn)制（BCD）碼表示實(shí)時(shí)時(shí)鐘的秒、分、小時(shí)、星期、日、月和年的時(shí)間信息，并且自動(dòng)對小月（少于31天的月份）和閏年的日期進(jìn)行調整，兼有帶AM/PM指示12小時(shí)和24小時(shí)兩種時(shí)間指示格式。圖1為DS1305兩種引腳的排列。

DS1305提供了主電源和后備電源的雙電源引腳和一個(gè)電池輸入引腳；Vcc1為主電源，Vcc2為后備電源，可充電電源接此引腳，VBAT接3V的鋰紐扣電池或其它電源。VCCIF引腳用來(lái)驅動(dòng)SDO和PF（電源失效輸出）引腳的電平和接口的電相兼容。DS1305只支持三種電源連接方式，如圖2所示。VCC1和VBAT供電時(shí)，VCC1大于VBAT0.2V時(shí)，正常對DS1305進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。當VCC1小于CBAT時(shí)，DS1305進(jìn)入寫(xiě)保護。VCC1、VCC2供電時(shí)，當Vcc1比Vcc2大0.2V，Vcc1輸入作為電源；當Vcc1小于Vcc2，Vcc2對DS1305供電。這種模式下，DS1305不能寫(xiě)保護自己。當Vcc1以+5V供電時(shí)，DS1305正常工作電流為1.28mA，時(shí)鐘保持電流最大為81μA，當+2V供電時(shí)，正常工作電流為0.425mA，時(shí)鐘保持電流最大為25.3μA。

DS1305支持通過(guò)SPI串行數據端口或者標準的三線(xiàn)接口進(jìn)行時(shí)間的校正和數據的讀取，可進(jìn)行單字節的或連讀字節束發(fā)方式的訪(fǎng)問(wèn)。SERMODE接地，串口訪(fǎng)問(wèn)模式設定為標準3線(xiàn)模式：SD1（串口數據輸入）與SDO（串口數據輸出）連接在一起作為單一的I/O引腳，它與CE、SCLK組成3線(xiàn)模式。SERMODE接VCC，選擇SPI通信模式，具體操作可查閱有關(guān)資料。

INT0、INT1提供兩個(gè)可編程的中斷報警信號，可通過(guò)串行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)和設定秒、分、時(shí)、星期的報警時(shí)間。

X1、X2引腳直接連接標準的32.768kHz晶振，無(wú)需外接其它元件。如實(shí)時(shí)時(shí)鐘有誤差，可以在振蕩器兩端并接6pF電容進(jìn)行調整。

1.2 操作方式

DS1305共有148個(gè)用戶(hù)RAM，其讀操作地址與寫(xiě)操作地址空頭分開(kāi)，當其高位為1時(shí)，為寫(xiě)操作地址空間，0為讀操作地址。除實(shí)時(shí)時(shí)鐘、日歷寄存器和通用寄存器之外，還有作一般數據存儲器用的96字節的NVRAM。對DS1305操作之前，必須對控制寄存器、狀態(tài)寄存器、涓流充電寄存器進(jìn)行初始化。

以下為控制寄存器（0F讀，8F字）：

EOSC：設置為0使振蕩器開(kāi)始工作，設置為1，DS1305處于低功耗閑置狀態(tài)。WP：寫(xiě)保護位，上電初始化后，WP位處于三態(tài)，在任何寫(xiě)操作之前，該位必須清零。INTCN：中斷控制位，控制兩個(gè)中斷之間的聯(lián)系，置位后兩個(gè)中斷引腳INT0、INT1分別響應各自的中斷（需中斷使能），清零后，中斷1、2報警時(shí)間匹配都只能引發(fā)INT0輸入低電平，INT1無(wú)效。ALE0、ALE1置1時(shí)中斷0、1使能。

狀態(tài)寄存器（讀10H）只有兩位IRQF0、INQF1，置位時(shí)分別表示中斷時(shí)間匹配。涓流充電寄存器（讀11H，寫(xiě)91H）控制涓流充電的特性。

DS1305標準三線(xiàn)模式的讀寫(xiě)操作過(guò)程，每個(gè)字節需要16個(gè)SCLK時(shí)鐘。通過(guò)CE引腳輸入高電平來(lái)啟動(dòng)所有數據傳送，前8個(gè)SCLK周期為輸入寫(xiě)命令，后8個(gè)SCLK周期為輸入或輸出的數據。輸入時(shí)，SCLK的上升沿數據有效；輸出時(shí)，SCLK的下降沿輸出數據有效。

2 用DS1305開(kāi)啟數據采集系統

圖3所示的電路是利用DS1305組成的數據采集系統。89C51與DS1305使用標準三線(xiàn)形式進(jìn)行通信，74HC73為JK觸發(fā)器，輸入端J、K、CD接高電平，時(shí)鐘CLK接DS1305的中斷引腳INT0，輸出引腳Q與三極管組成數據采集系統的開(kāi)關(guān)。此外，DS1305在主電源斷電時(shí)，可自動(dòng)轉換使用備用電池繼續供電，不會(huì )造成時(shí)鐘的丟失。

在采集系統上電初始化時(shí)鐘芯片后，通過(guò)I/O口給JK觸發(fā)器CLK引腳一個(gè)負脈沖，Q引腳輸出為低，三極管截止，采集系統斷電，功耗降到零。但時(shí)鐘電路部分保持供電，在DS1305實(shí)時(shí)時(shí)鐘到設定采集時(shí)間，由INT0引腳發(fā)出中斷信號給觸發(fā)器CLK一個(gè)低電平。由于CD維持高電平，造成JK觸發(fā)器翻轉，三極管導通，VCC給單片機上電復位。這樣就將數據采集系統喚醒?？捎蓡纹瑱C控制，導通模擬電路，啟動(dòng)傳感器、AD轉換器等進(jìn)行數據采集。采集結束后，單片機保存采集結果后，通過(guò)輸出引腳發(fā)送低脈沖到CLK引腳，使JK觸發(fā)器翻轉，三極管截止，再次使得采集系統斷電，進(jìn)入瞬眠狀態(tài)直至下一個(gè)采集時(shí)間，如此循環(huán)。

下面例程是圖3電路所示系統的DS1305的初始化和讀寫(xiě)程序，其中CE接P1.3，I/O引腳接P1.1，SCLK引腳接P1.2。

（1）DS1305初始化程序

RESETDS：CLR P1.2：置時(shí)鐘信號P1.2=0

CLR P1.3；置片選信號P1.3=0

SETB P1.3；置片選信號P1.3=1,DS1305使能

RET

（2）對DS1305進(jìn)行寫(xiě)操作程序

DSW： MOV R7，#08H ；該子程序為通過(guò)單片機寫(xiě)入地址或數據

WLOOP：RRC A ；A中為要寫(xiě)入的數據或地址

MOV P1.1，C

SETB P1.2 ；時(shí)鐘信號

NOP

CLR P1.2 ；產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖

DJNZ R7，WLOOP

RET

（3）對DS1305進(jìn)行讀操作程序

DSR：SETB P1.1 ；為讀數據做準備。

CLR A

MOV R7，#08H

RLOOP：CLR R1.2 ；寫(xiě)入地址后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿開(kāi)始讀出數據

MOV C，P1.1

RRC A ；A中為讀出的8位數據

SETB P1.2

DJNZ R7，RLOOP

RET

結語(yǔ)

用DS1305控制的電源管理系統，可使數據采集系統長(cháng)時(shí)間在無(wú)人看管的環(huán)境中定時(shí)進(jìn)行數據采集。根據這一思想所設計的電路，經(jīng)筆者應用在遠程輸油管道上的壓力測量，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的檢驗，采集時(shí)間準確，系統工作可靠。