基于DS1616与微控制器实现串行通信接口的设计

作者：徐大诚 

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电路，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电路。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。随着集成电路技术的不断发展，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、通信接口等电路和温度传感器、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电路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；控制逻辑电路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。