ATMEGA48与DS1302组成的定时控制系统

    Atmel公司的ATMEGA48是一款高性能、低功耗的8 位AVR微处理器，使用先进的RISC 结构，大多数指令的执行时间为单个时钟周期，所以运算速度更快。两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器；一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器；具有独立振荡器的实时计数器RTC；六通道PWM；8路10 位ADC(TQFP 与MLF 封装)[ 6路10 位ADC( PDIP 封装)]；可编程的串行USART 接口；可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口；面向字节的两线串行接口；具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器；引脚电平变化可引发中断及唤醒MCU等。

    其具有的下面特点无论从编程、自编程和加密等方面都给用户提供了很大的方便。4K字节的系统内可擦写10,000 次的可编程Flash；具有独立锁定位的可选Boot 代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程；256字节的擦写100,000 次的EEPROM；512字节的片内SRAM，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。

    Maxim公司的8脚串行实时时钟日历芯片DS1302，体积小、与单片机接口简单、工作电压范围宽(2.5~5.5V)、功耗低、接口容易、占用CPU I/O口线少、可对时钟芯片备份电池进行涓流充电等特点。所以应用方便，被很多设计者所青睐。

图1  ATMEGA48与DS1302的电路连接

 
    笔者利用这两种芯片，设计了实时时钟，实时数据采集和定时控制系统。现就DS1302与ATMEGA48的应用介绍给大家。

    由于ATMEGA48有可选的内部振荡器，所以只需接通电源即可；DS1302需要一个32768Hz的晶振，和一个备用电池。可以看出结构很简单(由于本文只介绍ATMEGA48和DS1302的应用，所以其余的显示电路和数据采集电路均省略。)。

ATMEGA48与DS1302的通讯程序(ASM)

图2  DS1302的时序

图3  DS1302充电原理图

DS1302的时序如图2。
根据时序图，给出下面的读/写程序：
读出数据子程序如下：
  ;sbi portd,7 ;假设调用子程序以前已经保持rst为高
RDS:  clr r17   ;将取到的数据保存到R17中
  ldi r24,8
  sbi portd,6  ;sclk
RDS1: cbi portd,6  ;sclk 下降沿读取数据
  nop
  IN R16,pind      ;从CPU I/O读取数据
  nop
  sbi portd,6  ;sclk
  BST R16,5  ;复制PIND.5到T
  LSR R17
  BLD R17,7  ;复制T到R17.7
  dec r24
  CPI R24,0
  BRNE  RDS1
  RET

    注：ATMEGA48 I/O口有三个寄存器分别是：数据寄存器- PORTx、数据方向寄存器- DDRx 和端口输入引脚- PINx。I/O作为数据输入使用时，读取数据命令应为 IN Rd,PINx，如果使用IN Rd,PORTx则读取到的是I/O口的状态，尽管将DDRx设置成数据输入。特别注意的是，读取软件赋予引脚电平和执行读取指令in 之间至少有一个时钟周期的间隔，文中用nop间隔。

写入数据(命令/地址)子程序如下：
  ;ldi R17,data ;假设要写入的数据已经存放到R17中
  ;sbi portd,7 ;假设调用子程序以前已经保持rst为高
WDS:  ldi r24,8
WDS1: cbi portd,6  ;sclk
  in r16,portd  ;读入D口状态
  BST R17,0  ;将R17.0复制到T
  BLD R16,5  ;将T复制到R16.5
  nop
  out portd,r16 ;写数据到portd(R16.5->portd.5)
  sbi portd,6  ;sclk
  lsr r17
   dec r24
  CPI R24,0
  BRNE WDS1  
  RET

    关于命令字节的说明。DS1302命令字节由8位组成，BIT 0 为1时，读取数据，为0时写入数据。BIT 1-5 为地址。BIT 6 为1时指向31个RAM，为0 时指向时钟寄存器。BIT 7 必须为1，为0时将使DS1302停止。
DS1302的控制寄存器的第七位是写保护位，所以在写入数据前应该将其关闭，并在写数据完毕后将其使能。下面是一段完整的设置分的程序。
......
ldi r19,0x43  ;假设当前时间为43分，DS1302时间寄存器保存的数据为10进制数十六进制存储。
ldi r18,0x82  ;写分 命令
ldi r27,0x00  ;x H
ldi r26,19  ;x L    在这里使用间接寻址，所以只需改变R19的数据即可。
......
WRITE_DS1302:
  cbi portd,7
  cbi portd,6
  sbi portd,7 
  ldi r17,0x8e        ;控制寄存器en_WRITE
  rCALL  WDS   
  ldi r17,0    ;写操作前WP=0
  rCALL  WDS 
  mov r17,r18          ;写秒 分 时 日 月 星期 年 地址
        rCALL  WDS
  ld r17,x      ;写秒 分 时 日 月 星期 年(R19中的数据)
        rCALL  WDS 
  cbi portd,7
  cbi portd,6
  sbi portd,7
  ldi r17,0x8e        ;控制寄存器un_en_WRITE
  rCALL  WDS
  ldi r17,0x80   ;写操作前WP=1
  rCALL  WDS 
  cbi portd,7    
  RET

    同样，下面给出了一个完整的读取分的程序
ldi r18,0x83  ;读分 命令
ldi r27,0x00  ;x H
ldi r26,19  ;x L    将取到的数据存储到R19中。
READ_DS1302:
  cbi portd,7
  cbi portd,6
  sbi portd,7
  mov r17,r18         ;写秒 分 时 日 月 星期 年 地址
     rCALL  WDS 
     rCALL  RDS
  st x,r17  ; 保存数据到R19
  cbi portd,7
  RET

    整合写和读分的程序，改变R18的内容就可以实现“秒、分、时、日、月、星期、年”的读写，写操作时只需改变R19的内容就可以将新的数据写入，读操作时直接读取R19的内容即可。也可以通过此程序直接来对31个RAM进行数据读取。

DS1302的充电功能

    DS1302的涓流充电功能也是非常方便的，同时又是其非常重要的一个功能，所以简单介绍一下其使用。其原理框图如图3。

    DS1302有一个单独的寄存器控制涓流充电。BIT7:BIT4是涓流充电功能的选择器，只有当它们被设置成1010才能够将其使能。使用DS(BIT3和BIT2)可以在一个和两个二极管之间选择；使用RS(BIT1和BIT0)可以选择两个电源(Vcc1和Vcc2)之间的电阻，这两个选择器共同使用来帮助您得到所需要的电流。

结语

    通过这一实践，表明应用DS1302在测控系统中的数据记录，其软硬件设计简单，时间记录准确。同时由于ATMEGA48的高速度，大数据吞吐，给实际应用带来了很大方便。由于笔者水平有限，仅将应用笔记供大家参考。

参考文献：
1.  8-bit AVR Microcontroller with 4K Bytes In-System Programmable Flash (data sheet)
2.  DS1302 - Trickle Charge Timekeeping Chip (data sheet)