基于ARM和DS1307的实时时钟系统设计

无为wuwei 2018-01-26 3312

接口/时钟/PLL

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描述

介绍了一个简单的可调实时时钟系统的设计。设计中采用了Atmel32位的ARM微处理器作为控制驱动器件，实现了对DS1307实时时钟芯片的时间信息采样和液晶显示，并通过键盘来调节时间信息。通过实际的测试，该模块得到稳定的运行。

实时日历时钟在测控系统和智能显示中得到了广泛的应用。通过软件编程和CPU中断构造软时钟是一种较为常用的方法，时钟计时无需外围硬件支持，但是此种方法的弊端是计时精度会受到CPU主晶振、起振电容以及掉电的影响，而导致计时精度不高。因此采用硬件设计实时时钟是一种更为可靠的方式。

DS1307是I2C接口的8引脚实时时钟芯片，片内含有8个特殊功能寄存器和56bit的SRAM。它是一款按BCD码存取、低功耗的时钟／日历芯片，已被应用到人造板尺寸检测以及电控单元中。

1、硬件设计

设计的可调实时时钟系统原理框图如图1所示。采用了Atmel32位ARMRISC处理器中的一员，即AT91SAM7S256微处理器来驱动DS1307时钟芯片和液晶模块，并接收键盘中断来实现时间可调的功能。

时钟系统

1．1 芯片与单片机的接口与连线

若要驱动DS1307芯片，一种方式是使用I2C总线虚拟技术，另一种是采用带I2C接口的单片机。AT91SAM7S256微处理器外围电路中具有两线接口（TWI），它与I2C接口相互兼容，很适合典型的处理器应用，因此系统中采用了此接口实现芯片与CPU的通信。接口电路和连线图如图2所示。

时钟系统

DS1307使用到了32768Hz的晶振，BAT1为电池电源。I2C总线内部是双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此接入了上拉电阻。SQW／OUT端是方波输出端，通常情况下该引脚接到能产生电平变化中断请求的输入口。

1．2 液晶显示电路

与传统的数码管相比，液晶显示具有功耗低、体积小、显示内容丰富、人机交互性好等优点。设计中使用到了的LM256160点阵液晶显示模块。利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可为用户提供良好的日期、时间显示和调节界面。

1．3 按键调节电路

为实现时间的可调，系统中设计了键盘输入电路。键盘包括调节模式进入键、“0～9”的数字输入键、清除键以及确认键。用户按下调节模式进入键便可以开始进行时间的设置和调节，如输入“20150920151000”代表设置时间为2015年9月20日15时10分0秒，再按下确认键便将数据信息写入到DS1307芯片中进行计数。

2、软件设计

系统的软件设计主要包括了主程序、DS1307驱动模块，液晶驱动模块、键盘中断处理模块四大部分，程序流程如图3所示。主程序中首先完成外设时钟的使能、I／O口的使能、TWI口的使能以及液晶的初始化。初始化工作完成后，处理器通过TWI接口读取DS1307中的时钟信息，数据通过液晶进行显示。当接收到外部按键中断请求时，处理器进行相应的键值中断响应，将设置好的数据写入到DS1307芯片中并返回。

时钟系统

DS1307在TWI总线上是从器件，地址（SLA）固定为“11010000”，时钟信息（年、月、日、星期、时、分、秒）分别放在地址为06H～00H的时间相关寄存器中。芯片的读写主要使用到了TWI口低层驱动函数中的intAT91F＿TWI＿ReadByte（constAT91PS＿TWIpTwi，intmode，intint＿address，char觹data2read，intnb）和intAT91F＿TWI＿WriteByte（constAT91PS＿TWIpTwi，intmode，intint＿address，char觹data2send，intnb）。读写函数使用到了四个入口参数，constAT91PS＿TWIpTwi是设置TWI口的基地址，intmode为主机模式，intint＿address为器件寄存器的地址，char觹data2read是待写入数据或待读取存放的地址，intnb为写入或读取的字节数。需要注意一点是，数据是以BCD码存取的，因此在读取或写入之前需要十进制到BCD码的相互转换处理。

3、运行结果

系统的运行效果以液晶屏显示效果为准，如图4与图5所示。图4为设置时钟信息界面，设置完毕按回车键时钟开始计时，并跳转到运行显示界面。图5为设置好初始时间为2015年9月20日15时10分0秒后，时钟运行了15分38秒的显示效果。

时钟系统

4、结束语

设计的可调实时时钟系统避免了系统掉电与晶振电路的影响，芯片的驱动通过采用ARM系列微处理器中TWI接口并调用相关的低层驱动程序，减少了采用总线虚拟技术的程序量。经过实际的调试，系统得到了预期的结果。该实时时钟可用于系统主界面的日期与时间显示，并为以时间为单位的事务处理提供时间基准。

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