基于spi总线的时钟芯片应用程序设计论文

基于spi总线的时钟芯片应用程序设计论文内容摘要：

与单片机通信。 实时时钟 /日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息，对于小于 31 天的月，月末的日期自动进行调整，包括闰年校正的功能。 时钟的运行可以采用 24 小时或带 AM（上午） /PM（下午）的 12 小时格式 ，工作电压宽达 ～。 采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数 据。 DS1302 内部有一个 31８的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 (1) 引脚功能表及内部结构图 DS1302 的引脚及内部结构 和 功能如图 所示。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 16 页 共 55 页 图 DS1302 的引脚 以及内部结构 (2) DS1302 的控制字节说明 DS1302 的控制字如图 所示。 图 DS1302 的控制字 控制字节的最高有效位（位 7）必 须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入到 DS1302 中位 6 如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 RAM 数据。 位５至位 1 指示操作单元的地址。 最低有效位（位 0）如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 (3) 复位 通过把 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 输入有两种功能：首先， 接通控制逻辑，允许地址／命令序列送入移位寄存器；其次， 提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。 当 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。 如果在传送过程中置 为低电平，则会终止此次数据传送，并且 I/O 引脚变为高阻态。 上电运行时，在 Vcc≥， 必须保持低电 平。 只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST置为高电平。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 17 页 共 55 页 (4) 数据输入输出 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时数据被写入 DS1302，数据输入从低位即位 0 开始。 同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位至高位 7，数据读写时序见图。 图 数据读写时序 (5) DS1302 的寄存器 DS1302 共有 12 个寄存器，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD 码形式。 其日历、时间寄存器及其控制字见表。 表 DS1302 寄存器 此外， DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 RAM 相关的寄存器等。 时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302 与RAM 相关的寄存器分为两类，一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 COH~FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的 RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节，命令控制字为 FEH（写）、 FFH（读）。 单片机的发展 历史 [1] 如果将 8 位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段： 第一阶段（ 1976—1978）：单片机的探索阶段。 以 Intel 公司的 MCS48 为代表。 MCS48 的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有 Motorola、 Zilog 等。 都取得了满意的效果。 这就是 SCM 的诞生年代， ―单片机 ‖一词即由此而来。 第二阶段（ 1978—1982）：单片机的完善阶段。 Intel 公司在 MCS48 基础上推出了完善的、陕西理工学院毕业论文（设计） 第 18 页 共 55 页 典型的单片机系列 MCS51。 它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单 片机体系结构。 (1).完善的外部总线。 MCS51 设置了经典的 8 位单片机的总线结构，包括 8 位数据总线、 16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。 (2).CPU 外围功能单元的集中管理模式。 (3).体现工控特性的地址空间及位操作方式。 (4).指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 第三阶段（ 1982—1990）： 8 位单片机的巩固发展及 16 位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。 Intel 公司推出的 MCS96 系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序 运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。 第四阶段（ 1990—）：微控制器的全面发展阶段。 随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8 位 /16 位 /32 位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 单片机的发展趋势 [2] 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，今后单片机的发展趋势将是进一步向着CMOS 化、低功耗化、低电压化、低噪声与高可靠性、大容量化、高性能化、小容量、低价格化、外围电路内装化和串行扩展技术。 随着半导体集成工艺的不断 发展，单片机的集成度将更高、体积将更小和功能将更强。 单片机主要有如下特点： (1).有优异的性能价格比。 (2).集成度高、体积小、有很高的可靠性。 单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。 另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 (3).制功能强。 为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。 单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 (4).低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 (5).外部总线增加了 I2C（ InterIntegrated Circuit）及 SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 (6).单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 单片机的应用 [2] 由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。 它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： (1).单片机在智能仪表中的应用 (2).单片机在机电一体化中的应用 (3).单片机在实时控制中的应用 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 19 页 共 55 页 (4).单片机在分布式多机系统中的应用 (5).单片机在人类生活中的应用 单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。 从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能通过单片机来实现了。 这种用软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是对传统控制技术的一次革命。 A：由单片机组成控制器的结构和特点： 单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支，是把 构成一台微型计算机的主要部件如中央处理器 (CPU)、存储器 (RAM/ROM)和各种功能 I/O 接口集成在一块芯片上的单芯片微型计算机 (Single Chip Micro Computer),简称单片机 .由于它的结构与指令功能都是按工业控制要求设计的 ,且近年来单片机着力扩展了各种控制功能如 A/D、 PWM 等 ,因此我们更多时候称其为一个单片形态的微控制器 (Single Chip Micro Controller),或直接称其为微控制器 (Micro Controller)。 B：用单片机组成的微机控制系统具有以下特点 : (1) 受集成度限制 ,片内存储器容量较小 ,一般片内 ROM 小于 4—8K 字节 ,片内 RAM 小于 256字节。 但可在外部进行扩展 ,如 MCS—51 系列单片机的片外可擦可编程只读存储器 (EPROM)、静态随机存储器 (SRAM)可分别扩展至 64K 字节。 (2) 可靠性高。 单片机芯片本身是按工业控制环境要求设计的 ,其抗工业噪声的能力优于一般通用 CPU。 程序指令及其常数、表格固化在 ROM 中不易破坏。 常用信号通道均在一个芯片内 ,故可靠性高。 (3) 易扩展。 片内具有计算机正常运行所必须的部件 ,芯片外部有许多供扩展用的总线及并行、串行输入 /输出端口 ,很容易构成各种规模的微机控制系统。 (4) 控制功能强。 为了满足工业控制要求 ,单片机的指令系统中有极丰富的条件分支转移指令、 I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。 一般来说 ,单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。 (5) 一般的单片机内无监控程序或系统管理软件 ,软件开发工作量大。 但近年来已开始出现了片内固化有 BASIC 解释程序及 FROTH 操作系统的单片机 ,使单片机系统的开发提高了一个新水平。 此外 ,单片机成本低、集成度高、控制功能多 ， 可灵活地组装成各种智能控制装置 ,并能有 针对性设计成专用系统 ， 解决从简单到复杂的各种需要 ,实现最佳的性价比。 特别是单片机与传统机械产品相结合 ， 使原有机械产品的结构简化、控制智能化。 如数控机床就是典型实例。 近年来 ，单片机发展极快 ， 其产量占微机产量的 70%以上。 目前，至少有 50 个系列 400 余种机型，性能和结构各不相同 ， INTEL、 MOTOROLA、 ZILCG 等公司都有系列单片微型计算机。 国内普及的几乎都是 INTEL 公司的产品。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 20 页 共 55 页 AT89C51 介绍 [3] AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能的 CMOS8 位单片机片内 4Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128bytes 的随机存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。 AT89C51 单片机可为你提供许多高性价的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。 内部结构图如图 所示。 图 AT89C51 内部结构 单片机 AT89C51 主要性能参数： 与 MCS51 产品指令系统的全兼容 ； 4k 字节可重擦写 Flash 闪速 存储器 ； 1000 次可擦写周期 ； 全静态操作： 0Hz24MHz； 三级加密程序存储器 ； 1288 字节内部 RAM ； 32 个可编程 I/O 口线 ； 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 21 页 共 55 页 2 个 16 位定时 /计数器 ； 6 个中断源 ； 可编程串行 UART 通道 ； 低功耗空闲和掉电模式 ； 功能特性描述： AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM， 32 个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5 向量中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，窜行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。 （ 1） AT89C51 引脚功能说明： 图 AT89C51 芯片 Vcc：电源电压 GND：地 P0 口： PO 口是一组 8 位漏极开路行双向 I/O 口，也既地址 /数据总线复用口。 可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑电路，对端口写 ―1‖可作为高阻抗输入输入端用。 在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时， PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。 P1 口： P1口是一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写 ―1‖，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。 作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流（ I）。 Flash 编程和程序校验期间， P1 口接收 8 位地址。 P 2 口： P2口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2的输入缓冲极可以驱动（输入 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 22 页 共 55 页 或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口 ―1‖，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时和作为输出口，作输出口时，因为存在内部上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问。