用实时时钟芯片DS1305启动数据采集系统_传感与控制论文

摘要：介绍串行时钟芯片ds1305的功能、结构及其利用ds1305设计的电源开关电路，可使数据采集系统平时处于关闭状态。定时开启时系统上电，进行数据采集；一次工作结束时关闭开关，系统断电。

    关键词：ds1305 低功耗 数据采集

引言

对于许多便携式数据采集系统，需要长时间无人看管地工作，如在石油钻井下、输油管道等场所。一般需要间隔数小时进行一个采集，这样系统大部分时间处空闲状态。虽然现在低功耗单片机的睡眠状态提供了降低功耗的一种方法，但低功耗不等于没有功耗，系统长时间工作时不得不考虑功耗的问题。

为进一步节省功耗，我们在研制一数据采集系统时，利用实时时钟芯片ds1305设计一电源开关电路。利用该开关电路，可使系统在空头时处于关闭状态，每当采集时间到，由报警信号开启单片机系统以进行数据采集，在数据采集结束时，单片机关闭开关电路，系统断电。这样系统处于关闭状态，一直到下一次开关电路报警。

1 ds1305简介

ds1305是美国dallas公司推出的串行接口带报警实时时钟。它有20脚的tssop、16脚的dip两种封装方式[1]，工作电压范围从2.0～5.5v。

1.1 主要特性

ds1305用二一十进制（bcd）码表示实时时钟的秒、分、小时、星期、日、月和年的时间，并且自动对小月（少于31天的月份）和闰年的日期进行调整，兼有带am/pm指示12小时和24小时两种时间指示格式。图1为ds1305两种引脚的排列。

ds1305提供了主电源和后备电源的双电源引脚和一个电池输入引脚；vcc1为主电源，vcc2为后备电源，可充电电源接此引脚，vbat接3v的锂纽扣电池或其它电源。vccif引脚用来驱动sdo和pf（电源失效输出）引脚的电平和接口的电相兼容。ds1305只支持三种电源连接方式，如图2所示。vcc1和vbat供电时，vcc1大于vbat0.2v时，正常对ds1305进行访问。当vcc1小于cbat时，ds1305进入写保护。vcc1、vcc2供电时，当vcc1比vcc2大0.2v，vcc1输入作为电源；当vcc1小于vcc2，vcc2对ds1305供电。这种模式下，ds1305不能写保护自己。当vcc1以+5v供电时，ds1305正常工作电流为1.28ma，时钟保持电流最大为81μa，当+2v供电时，正常工作电流为0.425ma，时钟保持电流最大为25.3μa。

ds1305支持通过spi串行数据端口或者标准的三线接口进行时间的校正和数据的读取，可进行单字节的或连读字节束发方式的访问。sermode接地，串口访问模式设定为标准3线模式：sd1（串口数据输入）与sdo（串口数据输出）连接在一起作为单一的i/o引脚，它与ce、sclk组成3线模式。sermode接vcc，选择spi通信模式，具体操作可查阅有关资料。

int0、int1提供两个可编程的中断报警信号，可通过串行总线访问和设定秒、分、时、星期的报警时间。

x1、x2引脚直接连接标准的32.768khz晶振，无需外接其它元件。如实时时钟有误差，可以在振荡器两端并接6pf电容进行调整。

1.2 操作方式

ds1305共有148个用户ram，其读操作地址与写操作地址空头分开，当其高位为1时，为写操作地址空间，0为读操作地址。除实时时钟、日历寄存器和通用寄存器之外，还有作一般数据存储器用的96字节的nvram。对ds1305操作之前，必须对控制寄存器、状态寄存器、涓流充电寄存器进行初始化。

以下为控制寄存器（0f读，8f字）：

eosc：设置为0使振荡器开始工作，设置为1，ds1305处于低功耗闲置状态。wp：写保护位，上电初始化后，wp位处于三态，在任何写操作之前，该位必须清零。intcn：中断控制位，控制两个中断之间的联系，置位后两个中断引脚int0、int1分别响应各自的中断（需中断使能），清零后，中断1、2报警时间匹配都只能引发int0输入低电平，int1无效。ale0、ale1置1时中断0、1使能。

状态寄存器（读10h）只有两位irqf0、inqf1，置位时分别表示中断时间匹配。涓流充电寄存器（读11h，写91h）控制涓流充电的特性。

ds1305标准三线模式的读写操作过程，每个字节需要16个sclk时钟。通过ce引脚输入高电平来启动所有数据传送，前8个sclk周期为输入写命令，后8个sclk周期为输入或输出的数据。输入时，sclk的上升沿数据有效；输出时，sclk的下降沿输出数据有效。

2 用ds1305开启数据采集系统

图3所示的电路是利用ds1305组成的数据采集系统。89c51与ds1305使用标准三线形式进行通信，74hc73为jk触发器，输入端j、k、cd接高电平，时钟clk接ds1305的中断引脚int0，输出引脚q与三极管组成数据采集系统的开关。此外，ds1305在主电源断电时，可自动转换使用备用电池继续供电，不会造成时钟的丢失。

在采集系统上电初始化时钟芯片后，通过i/o口给jk触发器clk引脚一个负脉冲，q引脚输出为低，三极管截止，采集系统断电，功耗降到零。但时钟电路部分保持供电，在ds1305实时时钟到设定采集时间，由int0引脚发出中断信号给触发器clk一个低电平。由于cd维持高电平，造成jk触发器翻转，三极管导通，vcc给单片机上电复位。这样就将数据采集系统唤醒。可由单片机控制，导通模拟电路，启动传感器、ad转换器等进行数据采集。采集结束后，单片机保存采集结果后，通过输出引脚发送低脉冲到clk引脚，使jk触发器翻转，三极管截止，再次使得采集系统断电，进入瞬眠状态直至下一个采集时间，如此循环。

下面例程是图3电路所示系统的ds1305的初始化和读写程序，其中ce接p1.3，i/o引脚接p1.1，sclk引脚接p1.2。

（1）ds1305初始化程序

resetds：clr p1.2：置时钟信号p1.2=0

clr p1.3；置片选信号p1.3=0

setb p1.3；置片选信号p1.3=1,ds1305使能

ret

（2）对ds1305进行写操作程序

dsw： mov r7，#08h ；该子程序为通过单片机写入地址或数据

wloop：rrc a ；a中为要写入的数据或地址

mov p1.1，c

setb p1.2 ；时钟信号

nop

clr p1.2 ；产生时钟脉冲

djnz r7，wloop

ret

（3）对ds1305进行读操作程序

dsr：setb p1.1 ；为读数据做准备。

clr a

mov r7，#08h

rloop：clr r1.2 ；写入地址后的第一个时钟脉冲下降沿开始读出数据

mov c，p1.1

rrc a ；a中为读出的8位数据

setb p1.2

djnz r7，rloop

ret

结语

用ds1305控制的电源管理系统，可使数据采集系统长时间在无人看管的环境中定时进行数据采集。根据这一思想所设计的电路，经笔者应用在远程输油管道上的压力测量，经过一个月的检验，采集时间准确，系统工作可靠。