基于DS1302的斷電記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

駱定輝

（臺(tái)州市環(huán)科環(huán)保設(shè)備運(yùn)營維護(hù)有限公司 318000）

1 引言

DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。

DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。圖1為DS1302的引腳功能圖

圖1 DS1302的引腳

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景

從2001年開始各地方環(huán)境保護(hù)部門開始安裝重點(diǎn)企業(yè)污染源在線系統(tǒng)，到2007年環(huán)保部開始大范圍安裝重點(diǎn)企業(yè)污染源在線系統(tǒng)，污染源在線系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控企業(yè)排放廢氣或廢水的各項(xiàng)指標(biāo)，協(xié)助環(huán)保部門對(duì)企業(yè)排污的監(jiān)管。但是系統(tǒng)運(yùn)行需要電源且由企業(yè)提供。當(dāng)企業(yè)排污未達(dá)標(biāo)甚至明知超標(biāo)仍要排放時(shí)，就會(huì)采取將系統(tǒng)電源關(guān)閉來躲避監(jiān)測系統(tǒng)的檢測。由于企業(yè)數(shù)量巨大，無法對(duì)關(guān)電行為進(jìn)行實(shí)時(shí)執(zhí)法?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一款電源運(yùn)行記錄儀，記錄在線系統(tǒng)的斷電時(shí)間以及來電時(shí)間，具備現(xiàn)場查看功能。協(xié)助環(huán)保部門對(duì)非法停電的行為進(jìn)行監(jiān)督。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

系統(tǒng)的主要功能是檢測現(xiàn)場的有無電源，并記錄下現(xiàn)場每次電源變化的時(shí)間及狀態(tài)，電源變化的時(shí)間由計(jì)時(shí)器提供，狀態(tài)分為斷電和來電兩種。難點(diǎn)為系統(tǒng)必須在現(xiàn)場無電源時(shí)長時(shí)間工作。因?yàn)橄到y(tǒng)由單片機(jī)AT89C52、儲(chǔ)存芯片、及顯示部分組成，功耗大，即使采用外置電源也無法保證長時(shí)間監(jiān)測運(yùn)行。

綜上所述，本系統(tǒng)選擇計(jì)時(shí)芯片DS1302，利用DS1302的主電源/后背電源的雙電源功能，安裝3V電池作為后備電源，只供DS1302芯片來計(jì)時(shí)，無需供應(yīng)單片機(jī)及其附屬電路，那運(yùn)行功耗得到大幅度降低，當(dāng)現(xiàn)場有電源時(shí)，停止電池供電以確保長時(shí)間測量。

3 DS1302在系統(tǒng)中的主要作用

利用DS1302系統(tǒng)斷電時(shí)可以以后備電源供電的優(yōu)點(diǎn)，保持時(shí)鐘不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)斷電而中止計(jì)時(shí)，同時(shí)利用DS1302內(nèi)部的31個(gè)用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。存放AT24C256的數(shù)據(jù)地址，當(dāng)來電時(shí)能讓單片機(jī)將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的存入AT24C256的相應(yīng)地址中，而不會(huì)造成覆蓋以前的數(shù)據(jù)。存放完整的數(shù)據(jù)以便系統(tǒng)來電時(shí)可以查看。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C52采集電源狀態(tài)以及按鍵的輸入，儲(chǔ)存采集數(shù)據(jù)，處理并顯示。計(jì)時(shí)芯片DS1302用于計(jì)時(shí)并向單片機(jī)提供準(zhǔn)確時(shí)間。顯示HD7279用于顯示，AT24C256用于歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

系統(tǒng)的電源部分采用延時(shí)設(shè)計(jì)，當(dāng)斷電情況發(fā)生后，電源可以短時(shí)間繼續(xù)供電，K3由主電源控制，斷電時(shí)閉合，在電源短時(shí)間供電的情況下記錄下斷電信息。主要電路圖如下圖。

圖2 系統(tǒng)電路圖

3.2 程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)采用DS1302不斷電的特性，將AT24C256的數(shù)據(jù)地址存儲(chǔ)在DS1302的RAM寄存器中，可以在系統(tǒng)每次斷電恢復(fù)時(shí)知道上次斷電時(shí)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)在哪個(gè)位置，來電的記錄存放于這個(gè)地址。

系統(tǒng)初次使用時(shí)，對(duì)DS1302進(jìn)行初始化，初始化包括賦值時(shí)間和清空RAM寄存器數(shù)據(jù)，在今后的斷電和恢復(fù)過程中不再對(duì)時(shí)間進(jìn)行初始化。當(dāng)系統(tǒng)初次開啟或由斷電情況恢復(fù)時(shí)，讀取DS1302中的分?jǐn)?shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日期數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)以及來電標(biāo)志數(shù)據(jù)，共6個(gè)字節(jié)，再讀取C1、C3的數(shù)據(jù)作為AT24C256的最后存放地址，將6個(gè)字節(jié)依次存放于地址為0000H~0005H的存儲(chǔ)器中。再將0005H+1覆蓋于DS1302的兩個(gè)寄存器中。由K3的閉合標(biāo)志斷電情況的發(fā)生，此時(shí)，再次讀取DS1302中的分?jǐn)?shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日期數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)以及斷電標(biāo)志數(shù)據(jù)，存放于地址為0006H~000BH的存儲(chǔ)器中。再將地址+1覆蓋于DS1302的兩個(gè)寄存器中。為防止因?yàn)檠訒r(shí)電源時(shí)間不可控的情況下多次寫入斷電信息，在單片機(jī)初始化中設(shè)標(biāo)志位數(shù)值為0，當(dāng)標(biāo)志位為0時(shí)，可寫入斷電信息，寫入一次斷電信息后，標(biāo)志位變?yōu)?，不可再次寫入斷電信息，只有斷電初始化后方可再次寫入。

當(dāng)電源情況正常時(shí)。秒數(shù)據(jù)、分?jǐn)?shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)與日期數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)以20S為周期進(jìn)行循環(huán)送入顯示芯片進(jìn)行顯示。當(dāng)K1按下時(shí)，讀取DS1302的存儲(chǔ)器地址并-3，將月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)以及來電或斷電標(biāo)志數(shù)據(jù)送入顯示，再按一下，存儲(chǔ)器地址再-3，將分?jǐn)?shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日期數(shù)據(jù)送入顯示。依此類推，如果30S內(nèi)K1無動(dòng)作將返回待機(jī)畫面顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。

因?yàn)锳T24C256芯片的儲(chǔ)存空間為512頁，每頁64個(gè)字節(jié)，地址區(qū)間為0000H~7FFFH，實(shí)際有效地址位為15位，低6位表示字節(jié)，高9位表示頁碼。當(dāng)寫頁操作寫入一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，微控制器不發(fā)停止?fàn)顟B(tài)，而是在應(yīng)答信號(hào)后接著輸入63 個(gè)字節(jié)。每一個(gè)字節(jié)接收完畢后，EEPROM 照樣輸出一個(gè)零應(yīng)答信號(hào)。因?yàn)橐豁撝挥?4 個(gè)單元，所以數(shù)據(jù)字的地址低6 位在接收到一個(gè)字節(jié)后會(huì)自動(dòng)加l，而高位地址不變，即頁地址不變。若內(nèi)部產(chǎn)生的地址達(dá)到了頁的邊界時(shí)，系統(tǒng)將回到頁的開始進(jìn)行寫。如果一次要寫的字節(jié)大于64字節(jié)，則最早寫入的字節(jié)將被覆蓋。所以本系統(tǒng)采用寫字節(jié)操作。程序流程圖如圖3。

圖3 程序流程圖

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)的試驗(yàn)后，功能基本達(dá)到，系統(tǒng)充分利用了DS1302的后備電源的功能，不光是時(shí)鐘走時(shí)與外接電源無關(guān)，自帶的寄存器也可以長時(shí)間保持?jǐn)?shù)據(jù)，利用DS1302的寄存器儲(chǔ)存AT24C256的地址，可以忽略AT24C256的地址低6 位在接收到一個(gè)字節(jié)后會(huì)自動(dòng)加l，而高位地址不變?cè)斐傻南到y(tǒng)將回到頁的開始進(jìn)行寫的缺點(diǎn)。以保證系統(tǒng)可以正常日常監(jiān)控企業(yè)的電源供給情況，并且可以隨時(shí)查看歷史斷電和來電的記錄。

[1] 王立文，肖理慶．利用DS1302存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種高效方法．[J] ．現(xiàn)代電子技術(shù)，2008(24)．

[2] 周巧娣，劉敬彪．AT24C256 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用．[J]．國外 電子元器件，2003(2)．