基于ATMEGA48和DS1302芯片实现时钟数据采集和定时控制系统的设计

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

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

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 po

rtd，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。

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。

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