基于ARM和DS1307的实时时钟系统设计

2018-01-27 20:48:13编辑:王磊 关键字:时钟系统  DS1307  arm

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。


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。

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。


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。


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。

关键字:时钟系统  DS1307  arm

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