基于ＤＳ １ ３０７的可调实时时钟系统设计 陈华珍‘． 夏国清 （广州大学华软软件学院电子系，广州５１０９９０） 摘要：利用实时时钟芯片ＤＳ１３０７设计一个能够调节时间的实时时钟。介绍采用ＰＣ总线接口实 时时钟芯片ＤＳ１３０７进行准确定时的设计原理．提出实时时钟芯片ＤＳ１３０７与单片机接口 电路的设计方法，同时给出几个典型程序实例，通过Ｐｒｏｔｅｕｓ软件进行仿真实现。 关键词：Ｐｒｏｔｅｕｓ；ＤＳ１３０７；单片机；可调实时时钟 ０ 引言 电控单元的时钟基准通常可利用ＣＰＵ内部定时器 Ｐ２．７口来虚拟Ｉ２Ｃ总线接口 Ｉ２Ｃ总线是同步串行数据 传输总线．其内部为双向传输电路．端口输出为开漏结 构，故总线上必须有上拉电阻．通常可取５～ｌ０ｋＱ。因单 片机Ｐ２口内部有上拉电阻．故ＤＳ１３０７芯片的ＳＣＬ引 脚与ＳＤＡ引脚与单片机接口时．不需再添加上拉电 作为时钟基准．并通过软件编程和ＣＰＵ时钟中断来构造 一个软时钟。这种方法的优点是无需额外硬件支持，但 缺点是时钟的计时精度受ＣＰＵ主晶振以及与其相连的 起振电容的影响而无法做到很高，因此累积误差较大。 同时在主电源掉电时为了维持时钟不停摆．系统必须由 备用电源给整个ＣＰＵ供电 这将导致功耗增大 阻。此外．按照ＤＡｕＡＳ公司推荐的硬件接法．往往需 要精度很高的晶体．为了提高其可靠性并节约成本．可 将ＤＳ１３０７的Ｘ２引脚添加上拉电阻。从而可以克服使 用普通晶振时ＤＳ１３０７不起振的问题．进而保证了 ＤＳ１３０７的起振 日历时钟芯片ＤＳ１３０７与ＡＴ８９Ｃ５１的 １ Ｉ℃总线虚拟技术 ＤＳ１３０７是一款具有Ｉ２Ｃ总线接口的实时时钟芯 接口电路如图１所示 片．要驱动具有Ｉ Ｃ总线接Ｅｌ的ＤＳ１３０７芯片．一种办 法是选择一款带有ＩｚＣ总线接口的高档单片机．然而． 在很多小型仪器仪表中以及在单片机的教学环境中． ２．２时钟显示电路 为了将系统时间实时显示出来．本系统没有采用 常用的数码管作为显示方式．而是采用１６０２ＬＣＤ液晶 实时显示时间，这样电路的设计就会相对简单一些．所 用到的 示。 使用带有Ｉ２Ｃ总线接口的高档单片机在经济上是不合 算的．在这种情况下．可以采用Ｉ２Ｃ总线虚拟技术【ｌＪ．选 口也较少ｆ２１ １６０２液晶的接口电路如图２所 用普遍使用的５１单片机．利用单片机的通用Ｉ／Ｏ端Ｅｌ 模拟实现Ｉ℃总线接口 ２－３时钟调节电路 为了能够及时对时间进行调节．本系统设计了时 钟调节电路，由Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２三个按键组成，且分别由单 片机的Ｐ２．０、Ｐ２．１和Ｐ２．２口控制。其中．Ｋ０做为时钟 ２ 硬件接口电路设计 本系统的电路由单片机ＡＴ８９Ｃ５１、日历时钟芯片 ＤＳ１３０７、按键及显示电路组成。 调节的菜单键，第一次按下表示可以调节时间秒．第二 次可以调节时间分．第三次按下调节时．第四次按下退 出调时菜单．时钟继续开始走动 Ｋ１和Ｋ２分别是时分 秒调节的加减键。在本电路中．根据经验总结．额外添 ２．１ ＤＳ１３０７与ＡＴ８９Ｃ５１的接口 为了使ＡＴ８９Ｃ５１单片机能够驱动ＤＳ１３０７芯片． 本文采用了Ｉ℃总线虚拟技术．将单片机Ｐ２．６口和 收稿日期：２０１０—０８—０３ 修稿日期：２０１０—０８—２５ 作者简介：陈华珍（１９８２一），女，助教，硕士，从事领域为单片机教学工作 现代计算机２０１０．０９ ＠ 图１日历时钟芯片ＤＳ１３０７与ＡＴ８９Ｃ５１的接口电路 加三个上拉电阻，以保证在没有按键按下时，进入单片 线处于备用状态：初始化ＬＣＤ液晶显示器让其正常显 示：初始化定时器０并开启定时器０中断 时钟运行子 程序主要负责让ＤＳ１３０７芯片更新时间并在ＬＣＤ上显 示 按键扫描子程序负责检测按键的状态并将更改后 的时间显示出来 主程序主要负责初始化及键盘扫描 工作 本系统主程序的流程图如图４所示。 机三个Ｉ／Ｏ ＶＩ的按键均处于高电平状态．防止干扰产 生。时钟调节电路如图３所示。 图２ １６０２液晶显示接口电路 图４主程序流程图 在本系统中，因采用了Ｉ２Ｃ总线虚拟技术，需严格 按照时序图的要求进行操作，因此，在程序设计当中， 分别添加了几个子程序．用于实现单片机与ＤＳ１３０７进 行通信。下面是根据本文电路对Ｉ２Ｃ总线上的信号进 行模拟的几个子程序： ｖｏｉｄ ｓｔａｒｔ０，，模拟Ｉ２Ｃ启动信号 ｛ 图３时钟调节电路 ＳＤＡ＝１： Ｎｏｐ ０； ３ 接口程序设计 软件程序设计采用模块化设计思想，包括主程序、 初始化子程序、时钟运行子程序，按键扫描子程序。其 中。初始化子程序主要工作有：初始化Ｉ２Ｃ总线，使总 ＳＣＬ：ｌ： Ｎｏｐ ０； ＳＤＡ＝０： Ｎｏｐ ０； 现代计算机２０１０．０９ ＳＣＬ＝０： 需要注意的是．ＤＳ１３０７的各类时间数据均以ＢＣＤ 码的格式存储在相应的时间寄存器中．而１６０２液晶显 示器只能识别字符码，即ＡＳＣＬＬ码，因而１６０２在向 ＤＳ１３０７读取或写入时问数据时．需要进行数据类型转 换。本文采用以下两个子程序用来完成上述功能： ｕｃｈａｒ ｄｅｃｔｏ——｝ ｖｏｉｄ ｓｔｏｐ０，／模拟Ｉ２Ｃ停止信号 ｛ ＳＤＡ＝Ｏ： Ｎｏｐ ０； ＳＣＬ＝１： ｂｃｄ（ｕｃｈａｒ ｄｅｃ）／／ＡＳＣＬＬ码（十进制）转 ＢＣＤ码 Ｎｏｐ ０； ＳＤＡ：１： ｛ Ｕｃｈａｒ ｘ，ｙ； ｘ＝ｄｅｃ／１０； ｙ＝ｄｅｃ％１０； Ｎｏｐ ０； ｝ ｖｏｉｄ ａｃｋ０，，模拟Ｉ２Ｃ应答信号 ｛ ＳＤＡ＝ｌ： ｙ＝（ｘ＜＜４）Ｉｙ； ｒｅｔｕｍ ｙ； ｝ ｕｃｈａｒ ｂｃｄ＿Ｎｏｐ ｏ； ＳＣＬ＝ｌ： ｔｏ＿ｄｅｃ（ｕｃｈａｒ ｂｃｄ）／／ＢＣＤ码转ＡＳＣＬＬ码（十 进制） Ｎｏｐ Ｏ； ＳＣＬ＝０： ｉ Ｕｃｈａｒｘ，ｙ； ｙ＝ｂｅｄ／１６； ｝ ｖｏｉｄ ｕｎ＿ａｃｋ０∥模拟Ｉ２Ｃ非应答信号 ｘ＝ｂｃｄ％１６； ｙ＝ｙ ｌＯ＋ｘ； ｒｅｔｕｒｎ ｙ； ｛ ｕｃｈａｒｉ； ｉ－Ｏ； ＳＣＬ＝Ｉ； ｌ ｗｈｉｌｅ（ＳＤＡ＝＝１＆＆ｉ＜２００）ｉ＋＋： Ｎｏｐ Ｏ； ＳＣＬ＝０： ４仿真分析 本文最后使用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件对本实时时钟系统进 行仿真，将代码下载到单片机当中并启动Ｐｒｏｔｅｕｓ后， 液晶显示器与ＤＳ１３０７时钟显示模块同时显示初始时 Ｉ 图４主程序流程图 ￣ｆｅｉ－Ｉ－ｌｌｔｑｔ ２０１０舶ｏ 间并开始计时．适当调节三个按键Ｋ０～Ｋ２后．液 晶显示器显示调整后的时间并且把新的时间写入 ＤＳ１３０７．ＤＳ１３０７从新的时间开始计时 仿真效果如图 ５所示。 力技术．２００４（０２） 参考文献 【１】肖辉．单片机的Ｉ２Ｃ总线扩展和Ｉ２Ｃ虚拟技术【Ｊ１．四ＪＩＩ电 【２】郭强．液晶显示应用技术【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２０００ 【３】赵海兰，朱剑，赵祥伟．ＤＳ１３０２实时显示时间的原理与应 用ｆＪ］．电子技术，２００４ ５ 结语 本文设计了一个基于ＤＳ１３０７可调实时时钟系统． 提出了实时时钟芯片ＤＳ１３０７与单片机接口电路的设 计方法．因本系统采用了Ｉ２Ｃ总线虚拟技术．需严格按 照Ｉ２Ｃ总线时序图的要求对ＤＳ１３０７进行操作．本文给 出了对Ｉ２Ｃ总线上的信号进行模拟的几个典型程序实 ［４］李华．ＭＣＳ一５１系列单片机实用接口技术［Ｍ】．北京：北京航 空航天大学出版社．１９９３ 【５１３７￣１１旭．单片机原理与应ｆｆＪ［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００４ ［６】马忠梅，马岩，张凯等．单片机的Ｃ语言应用程序设计【Ｍ】． 北京：北京航空航天大学出版社．１９９７ 例．最后通过Ｐｒｏｔｅｕｓ软件成功仿真实现。 图５可调实时时钟系统仿真效果 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＤＳ１ ３０７ ＣＨＥＮ Ｈｕａ－ｚｈｅｎ，ＸＩＡ ＧＵＯ－ｑｉｎｇ ． （Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧＵ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｅｐｔ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０９９０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ＤＳ１３０７ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｎ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｌｏｃｋ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｒｅａｌ——ｔｉｍｅ ｃｌｏｃｋ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｌｏｃｋ ｃｈｉｐ ＤＳ１３０７ ｏｆ Ｉ２Ｃ ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｉｃｍｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ＤＳ１３０７，ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｕｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｔｅｕｓ；ＤＳ１３０７；Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｈｉｐ Ｍｉｅｒｏｅｏｎｔｏｒｌｌｅｒ；Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ ＠ 现代计算机２０１０．０９
