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用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1305啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
摘要：介紹串行時(shí)鐘芯片DS1305的功能、結(jié)構(gòu)及其利用DS1305設(shè)計(jì)的電源開關(guān)電路，可使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。定時(shí)開啟時(shí)系統(tǒng)上電，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；一次工作結(jié)束時(shí)關(guān)閉開關(guān)，系統(tǒng)斷電。
關(guān)鍵詞：DS1305 低功耗 數(shù)據(jù)采集
引言
對于許多便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需要長時(shí)間無人看管地工作，如在石油鉆井下、輸油管道等場所。一般需要間隔數(shù)小時(shí)進(jìn)行一個(gè)采集，這樣系統(tǒng)大部分時(shí)間處空閑狀態(tài)。雖然現(xiàn)在低功耗單片機(jī)的睡眠狀態(tài)提供了降低功耗的一種方法，但低功耗不等于沒有功耗，系統(tǒng)長時(shí)間工作時(shí)不得不考慮功耗的問題。
為進(jìn)一步節(jié)省功耗，我們在研制一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1305設(shè)計(jì)一電源開關(guān)電路。利用該開關(guān)電路，可使系統(tǒng)在空頭時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，每當(dāng)采集時(shí)間到，由報(bào)警信號開啟單片機(jī)系統(tǒng)以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)采集結(jié)束時(shí)，單片機(jī)關(guān)閉開關(guān)電路，系統(tǒng)斷電。這樣系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，一直到下一次開關(guān)電路報(bào)警。
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1 DS1305簡介
DS1305是美國Dallas公司推出的串行接口帶報(bào)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(diào)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引腳用來驅(qū)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)行訪問。當(dāng)VCC1小于CBAT時(shí)，DS1305進(jìn)入寫保護(hù)。VCC1、VCC2供電時(shí)，當(dāng)Vcc1比Vcc2大0.2V，Vcc1輸入作為電源；當(dāng)Vcc1小于Vcc2，Vcc2對DS1305供電。這種模式下，DS1305不能寫保護(hù)自己。當(dāng)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(dāng)+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SPI串行數(shù)據(jù)端口或者標(biāo)準(zhǔn)的三線接口進(jìn)行時(shí)間的校正和數(shù)據(jù)的讀取，可進(jìn)行單字節(jié)的或連讀字節(jié)束發(fā)方式的訪問。SERMODE接地，串口訪問模式設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)3線模式：SD1（串口數(shù)據(jù)輸入）與SDO（串口數(shù)據(jù)輸出）連接在一起作為單一的I/O引腳，它與CE、SCLK組成3線模式。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(bào)警信號，可通過串行總線訪問和設(shè)定秒、分、時(shí)、星期的報(bào)警時(shí)間。
X1、X2引腳直接連接標(biāo)準(zhǔn)的32.768kHz晶振，無需外接其它元件。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(diào)整。
1.2 操作方式
DS1305共有148個(gè)用戶RAM，其讀操作地址與寫操作地址空頭分開，當(dāng)其高位為1時(shí)，為寫操作地址空間，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(shù)據(jù)存儲器用的96字節(jié)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）：
7 6 5 4 3 2 1 0 EOSC WP 0 0 0 INTCN AIE1 AIE0
EOSC：設(shè)置為0使振蕩器開始工作，設(shè)置為1，DS1305處于低功耗閑置狀態(tài)。WP：寫保護(hù)位，上電初始化后，WP位處于三態(tài)，在任何寫操作之前，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(yīng)各自的中斷（需中斷使能），清零后，中斷1、2報(bào)警時(shí)間匹配都只能引發(fā)INT0輸入低電平，INT1無效。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91H）控制涓流充電的特性。
DS1305標(biāo)準(zhǔn)三線模式的讀寫操作過程，每個(gè)字節(jié)需要16個(gè)SCLK時(shí)鐘。通過CE引腳輸入高電平來啟動(dòng)所有數(shù)據(jù)傳送，前8個(gè)SCLK周期為輸入寫命令，后8個(gè)SCLK周期為輸入或輸出的數(shù)據(jù)。輸入時(shí)，SCLK的上升沿?cái)?shù)據(jù)有效；輸出時(shí)，SCLK的下降沿輸出數(shù)據(jù)有效。
2 用DS1305開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
圖3所示的電路是利用DS1305組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。89C51與DS1305使用標(biāo)準(zhǔn)三線形式進(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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開關(guān)。此外，DS1305在主電源斷電時(shí)，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換使用備用電池繼續(xù)供電，不會(huì)造成時(shí)鐘的丟失。
在采集系統(tǒng)上電初始化時(shí)鐘芯片后，通過I/O口給JK觸發(fā)器CLK引腳一個(gè)負(fù)脈沖，Q引腳輸出為低，三極管截止，采集系統(tǒng)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(shè)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(zhuǎn)，三極管導(dǎo)通，VCC給單片機(jī)上電復(fù)位。這樣就將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)喚醒�？捎蓡纹瑱C(jī)控制，導(dǎo)通模擬電路，啟動(dòng)傳感器、AD轉(zhuǎn)換器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集結(jié)束后，單片機(jī)保存采集結(jié)果后，通過輸出引腳發(fā)送低脈沖到CLK引腳，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，三極管截止，再次使得采集系統(tǒng)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(tǒng)的DS1305的初始化和讀寫程序，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)行寫操作程序
DSW： MOV R7，#08H ；該子程序?yàn)橥ㄟ^單片機(jī)寫入地址或數(shù)據(jù)
WLOOP：RRC A ；A中為要寫入的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。
CLR A
MOV R7，#08H
RLOOP：CLR R1.2 ；寫入地址后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿開始讀出數(shù)據(jù)
MOV C，P1.1
RRC A ；A中為讀出的8位數(shù)據(jù)
SETB P1.2
DJNZ R7，RLOOP
RET
結(jié)語
用DS1305控制的電源管理系統(tǒng)，可使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)長時(shí)間在無人看管的環(huán)境中定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)這一思想所設(shè)計(jì)的電路，經(jīng)筆者應(yīng)用在遠(yuǎn)程輸油管道上的壓力測量，經(jīng)過一個(gè)月的檢驗(yàn)，采集時(shí)間準(zhǔn)確，系統(tǒng)工作可靠。
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