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1 引言 實時時鐘（RTC）器件是一種能提供日歷/時鐘、數據存儲等功能的專用集成電路，常常用作各種計算機系統的時鐘信號源和設置參數的存儲電路。它具有計時準確、耗電低和體積小等特點，特別是在各種嵌入式系統諸如照相機、洗衣機等智能家電中得到廣泛的應用。隨著集成電路技術的不斷發展，RTC器件的新品也不斷推出，美國的Xicor 和Dallas公司推出了X1203、X1228 [1]和DS1302、DS1616[2]等新品。這些新品不僅具有準確的RTC，還有大容量的存儲器、溫度傳感器和A/D數據采集通道等，已成為集RTC、數據采集和存儲于一體的綜合功能器件，特別適用于以微控制器為核心的嵌入式系統。這些器件與微控制器之間的接口大都采用連線簡單的串行接口，但其通信時序是比較復雜的，怎樣利用高效的編程語言設計出通信程序就顯得尤為重要。本文以DS1616與微控制器的通信過程為例，在介紹通信組成和原理后，重點討論了用C51編寫其通信程序的過程和方法。 2 串行通信接口構成及工作原理 由于微控制器具有內嵌功能很強的CPU內核特點，因此微控制器用于數據傳輸獨具智能化的優勢。利用其智能化的特點就可以構成連線簡單的串口通信，諸如I2C、SPI、MICROWIRE和CAN [3]等串行總線接口。這些串口由2～3根線連接，分為同步和異步。 DS1616是一種具有數據采集功能的實時時鐘器件，由控制邏輯、實時時鐘、通信接口等電路和溫度傳感器、A/D轉換器、存儲器等部分構成。片外32.768 kHz石英晶體和內部振蕩電路產生的時鐘信號經分頻后得到相應日歷/時間寄存器的計時值；控制邏輯電路根據控制寄存器的設定值實現計時、溫度數據采集、A/D轉換和通信方式等的控制；DS1616的存儲器采用分頁結構，每頁共有32個字節。第0頁和第1頁為實時時鐘和特殊功能寄存器，特殊功能寄存器有兩個控制寄存器和兩個狀態寄存器；第2頁為用戶非易失 RAM；第17頁到第19頁用來存儲報警時間標簽和持續時間；第64頁到71頁用來存儲直方圖數據；第128頁到191頁2k字節用來存儲記錄數據；第3到第16頁、20到63 頁、68到127頁及192以上為將來擴展預留。用戶只能修改實時時鐘RTC、特殊功能寄存器和非易失 RAM的數據，其余存儲空間只能讀不能寫，存儲器的每個單元都有一個16位地址。CPU通過給控制寄存器寫入相應控制字來確定其工作方式，讀取狀態寄存器值判斷其狀態，采集數據在2k字節的存儲器中讀取。 DS1616有兩種通信方式，即同步和異步通信方式。當COMSEL端置高電平后，DS1616與微控制器之間實現三線同步通信，實現對片內存儲器的單字節讀寫和頁數據讀。圖1給出了與AT89C51微控制器的連接關系。輸入端接收高電平后就啟動所有的數據傳送。的輸入有兩種功能：首先，置高電平后接通控制邏輯，允許命令、地址、數據序列送入/讀出片內移位寄存器；其次，置低電平后終止單字節或多字節數據的傳送。SCL是移位同步時鐘，通過每個SCLK時鐘的上升沿把每位數據寫入DS1616，下降沿讀出DS1616的逐位數據。傳送的數據都是從低位到高位逐位寫入/讀出。每次傳送的數據由命令字節、地址和數據三部分構成，時序如圖2所示，地址視不同的訪問單元而定。DS1616的讀寫過程是由命令字節控制的，共有5個命令字節，其功能如表1 所示。 3 通信程序設計 C語言是目前公認的最為流行的一種計算機高級程序設計語言。為了使C語言更加貼近硬件，使微控制器的開發者從艱苦的匯編語言設計中解脫出來，縮短開發周期，美國Archimedes和Franklin Software公司在90年代推出了適于以MCS51為內核的微控制器的高級程序開發工具C51。目前C51 主要有Archimedes和Franklin兩種版本，兩種版本均符合ANSI C的標準[4]。 下面通過C51編譯器的編程，說明通信程序的編寫方法，其中 WriteB()為寫入單字節、ReadB()為讀出單字節，Wait()為等待，Delay()延時函數用匯編程序實現。 #include #define uchar unsigned char #define SCL P3_5 #define IO P3_6 #define RST P3_7 extern void WriteB( uchar ); //向DS1616寫入一個字節函數 extern uchar ReadB(); //從DS1616中讀取一個字節函數 extern void Wait();//等待 extern void Delay( uchar ); //延時函數 uchar data Data[32];//存放32字節內容的數組 3.1 向DS1616指定單元中寫入一個字節的函數 void WDS1616( uchar Address, uchar Data ) { SCL = 0; RST = 1;//開始通訊 WriteB( 0x22 ); Wait();//發送寫字節命令22H WriteB( Address ); Wait(); //發送地址 WriteB( Data ); Wait();//發送數據 RST = 0;//結束通訊 } 3.2 讀取頁數據的函數 void RPageDS1616( uchar AddressH, uchar AddressL ) { uchar i; RST = 1;//開始通訊 Wait(); WriteB( 0x33 );Wait();//發送讀頁節命令33H WriteB( AddressH ); Wait(); //發送高位地址 WriteB( AddressL ); Wait(); //發送低位地址 for( i = 0; i < 32; i++ ) { Data = ReadB();//獲取一頁數據 Wait(); } IO = 0; RST = 0; //結束通訊 SCL = 0; } 3.3 啟動DS1616立即進行A/D轉換或溫度檢測， 并將數據存入相應寄存器的函數 void RDS1616( ) { RST = 1;//開始通訊 WriteB( 0x55 );//發送命令 IO = 0; RST = 0;//結束通訊 SCL = 0; } 3.4 初始化DS1616并讀取數據的主程序 void main() {//COMSEL為高電平,DS1616采用同步通訊 RST = 0;//通訊復位 WDS1616( 0x0e, 0x40 ); Wait();//允許執行內存清0命令 WriteB( 0xA5 ); Wait();//清除寄存器和RAM WDS1616( 0x0d, 0x01 ); Wait();//設置采樣速率為每分鐘一次 WDS1616( 0x29, 0x41 ); Wait();//啟動溫度傳感器 WDS1616( 0x00, 0x32 ); Wait();//設置秒寄存器為32s WDS1616( 0x01, 0x59 ); Wait();//分寄存器為59min WDS1616( 0x02, 0x20 ); Wait();//20h WDS1616( 0x03, 0x05 ); Wait();//星期五 WDS1616( 0x04, 0x05 ); Wait();//5號 WDS1616( 0x05, 0x84 ); Wait();//4月份，并且是20世紀(Y2K = 1) WDS1616( 0x06, 0x02 ); Wait();//02年 while(1) { //以下是從地址0000H開始讀取一頁數據，其中包含有RTC,當前溫度狀態寄存器1等 RPageDS1616( 0x00, 0x00 );Wait(); RDS1616( ); //立即進行A/D轉換或溫度檢測，并將數據存入相應寄存器 Delay( 100 ); Delay( 100 ); RPageDS1616( 0x00, 0x20 ); //從地址0020開始讀取一頁數據 Wait(); //其中包含有3路ADC數據和狀態寄存器2等 } } 4 結束語 使用C51編寫MCS51與RTC器件的通信程序使編譯變得簡捷有序，并且調試和移植方便。以上程序稍加修改就可用于I 2C、SPI、MICROWIRE和CAN等總線接口的通信中。在單鏡頭反光相機的嵌入式系統的測光信號處理、日歷/時鐘模塊與MCS51微控制器的通信中就應用了以上程序。C51 編程可大大提高MCS51微控制器應用軟件的編寫速度，縮短系統的開發周期。 |
