基于DS1616与微控制器实现串行通信接口的设计

1 引言

实时时钟（RTC）器件是一种能提供日历/时钟、数据存储等功能的专用集成威廉希尔官方网站 ，常常用作各种计算机系统的时钟信号源和设置参数的存储威廉希尔官方网站 。它具有计时准确、耗电低和体积小等特点，特别是在各种嵌入式系统诸如照相机、洗衣机等智能家电中得到广泛的应用。随着集成威廉希尔官方网站 技术的不断发展，RTC器件的新品也不断推出，美国的Xicor 和Dallas公司推出了X1203、X1228 和DS1302、DS1616等新品。这些新品不仅具有准确的RTC，还有大容量的存储器、温度传感器和A/D数据采集通道等，已成为集RTC、数据采集和存储于一体的综合功能器件，特别适用于以微控制器为核心的嵌入式系统。这些器件与微控制器之间的接口大都采用连线简单的串行接口，但其通信时序是比较复杂的，怎样利用高效的编程语言设计出通信程序就显得尤为重要。本文以DS1616与微控制器的通信过程为例，在介绍通信组成和原理后，重点讨论了用C51编写其通信程序的过程和方法。

2 串行通信接口构成及工作原理

由于微控制器具有内嵌功能很强的CPU内核特点，因此微控制器用于数据传输独具智能化的优势。利用其智能化的特点就可以构成连线简单的串口通信，诸如I2C、SPI、MICROWIRE和CAN ［3］等串行总线接口。这些串口由2～3根线连接，分为同步和异步。

DS1616是一种具有数据采集功能的实时时钟器件，由控制逻辑、实时时钟、通信接口等威廉希尔官方网站 和温度传感器、A/D转换器、存储器等部分构成。片外32.768 kHz石英晶体和内部振荡威廉希尔官方网站 产生的时钟信号经分频后得到相应日历/时间寄存器的计时值；控制逻辑威廉希尔官方网站 根据控制寄存器的设定值实现计时、温度数据采集、A/D转换和通信方式等的控制；DS1616的存储器采用分页结构，每页共有32个字节。第0页和第1页为实时时钟和特殊功能寄存器，特殊功能寄存器有两个控制寄存器和两个状态寄存器；第2页为用户非易失 RAM；第17页到第19页用来存储报警时间标签和持续时间；第64页到71页用来存储直方图数据；第128页到191页2k字节用来存储记录数据；第3到第16页、20到63 页、68到127页及192以上为将来扩展预留。用户只能修改实时时钟RTC、特殊功能寄存器和非易失 RAM的数据，其余存储空间只能读不能写，存储器的每个单元都有一个16位地址。CPU通过给控制寄存器写入相应控制字来确定其工作方式，读取状态寄存器值判断其状态，采集数据在2k字节的存储器中读取。

DS1616有两种通信方式，即同步和异步通信方式。当COMSEL端置高电平后，DS1616与微控制器之间实现三线同步通信，实现对片内存储器的单字节读写和页数据读。图1给出了与AT89C51微控制器的连接关系。输入端接收高电平后就启动所有的数据传送。的输入有两种功能：首先，置高电平后接通控制逻辑，允许命令、地址、数据序列送入/读出片内移位寄存器；其次，置低电平后终止单字节或多字节数据的传送。SCL是移位同步时钟，通过每个SCLK时钟的上升沿把每位数据写入DS1616，下降沿读出DS1616的逐位数据。传送的数据都是从低位到高位逐位写入/读出。每次传送的数据由命令字节、地址和数据三部分构成，时序如图2所示，地址视不同的访问单元而定。DS1616的读写过程是由命令字节控制的，共有5个命令字节，其功能如表1 所示。

3 通信程序设计

C语言是目前公认的最为流行的一种计算机高级程序设计语言。为了使C语言更加贴近硬件，使微控制器的开发者从艰苦的汇编语言设计中解脱出来，缩短开发周期，美国Archimedes和Franklin Software公司在90年代推出了适于以MCS51为内核的微控制器的高级程序开发工具C51。目前C51 主要有Archimedes和Franklin两种版本，两种版本均符合ANSI C的标准［4］。

下面通过C51编译器的编程，说明通信程序的编写方法，其中 WriteB（）为写入单字节、ReadB（）为读出单字节，Wait（）为等待，Delay（）延时函数用汇编程序实现。

#include

#define uchar unsigned char

#define SCL P3_5

#define IO P3_6

#define RST P3_7

extern void WriteB（ uchar ）; //向DS1616写入一个字节函数 extern uchar ReadB（）; //从DS1616中读取一个字节函数

extern void Wait（）;//等待

extern void Delay（ uchar ）; //延时函数

uchar data Data［32］;//存放32字节内容的数组

3.1 向DS1616指定单元中写入一个字节的函数

void WDS1616（ uchar Address， uchar Data ）

{

SCL = 0;

RST = 1;//开始通讯

WriteB（ 0x22 ）; Wait（）;//发送写字节命令22H

WriteB（ Address ）; Wait（）; //发送地址

WriteB（ Data ）; Wait（）;//发送数据

RST = 0;//结束通讯

}

3.2 读取页数据的函数

void RPageDS1616（ uchar AddressH， uchar AddressL ）

{

uchar i;

RST = 1;//开始通讯

Wait（）;

WriteB（ 0x33 ）;Wait（）;//发送读页节命令33H

WriteB（ AddressH ）; Wait（）; //发送高位地址

WriteB（ AddressL ）; Wait（）; //发送低位地址

for（ i = 0; i 《 32; i++ ）

{

Data = ReadB（）;//获取一页数据

Wait（）;

}

IO = 0;

RST = 0; //结束通讯

SCL = 0;

}

3.3 启动DS1616立即进行A/D转换或温度检测， 并将数据存入相应寄存器的函数

void RDS1616（ ）

{

RST = 1;//开始通讯

WriteB（ 0x55 ）;//发送命令

IO = 0;

RST = 0;//结束通讯

SCL = 0; }

3.4 初始化DS1616并读取数据的主程序

void main（）

{//COMSEL为高电平，DS1616采用同步通讯 RST = 0;//通讯复位

WDS1616（ 0x0e， 0x40 ）; Wait（）;//允许执行内存清0命令

WriteB（ 0xA5 ）; Wait（）;//清除寄存器和RAM

WDS1616（ 0x0d， 0x01 ）; Wait（）;//设置采样速率为每分钟一次

WDS1616（ 0x29， 0x41 ）; Wait（）;//启动温度传感器

WDS1616（ 0x00， 0x32 ）; Wait（）;//设置秒寄存器为32s

WDS1616（ 0x01， 0x59 ）; Wait（）;//分寄存器为59min

WDS1616（ 0x02， 0x20 ）; Wait（）;//20h

WDS1616（ 0x03， 0x05 ）; Wait（）;//星期五

WDS1616（ 0x04， 0x05 ）; Wait（）;//5号

WDS1616（ 0x05， 0x84 ）; Wait（）;//4月份，并且是20世纪（Y2K = 1）

WDS1616（ 0x06， 0x02 ）; Wait（）;//02年

while（1）

{ //以下是从地址0000H开始读取一页数据，其中包含有RTC，当前温度状态寄存器1等

RPageDS1616（ 0x00， 0x00 ）;Wait（）;

RDS1616（ ）; //立即进行A/D转换或温度检测，并将数据存入相应寄存器

Delay（ 100 ）;

Delay（ 100 ）;

RPageDS1616（ 0x00， 0x20 ）; //从地址0020开始读取一页数据

Wait（）; //其中包含有3路ADC数据和状态寄存器2等

}

}

4 结束语

使用C51编写MCS51与RTC器件的通信程序使编译变得简捷有序，并且调试和移植方便。以上程序稍加修改就可用于I 2C、SPI、MICROWIRE和CAN等总线接口的通信中。在单镜头反光相机的嵌入式系统的测光信号处理、日历/时钟模块与MCS51微控制器的通信中就应用了以上程序。C51 编程可大大提高MCS51微控制器应用软件的编写速度，缩短系统的开发周期。

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