利用DS1305时钟芯片实现电源开关电路的数据采集系统设计

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，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、月和年的时间信息，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

3、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。

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