AVR單片機與串行時鐘器件DS3231的應用設計

BIT6位：電池備份的方波使能(BBSOW)。當設定為邏輯1并且DS3231由VBAT引腳供電時，在沒有加載VCC的情況下，該位使能方波輸出。當BB-SQW設定為邏輯0時，若VCC降至低于電源故障門限值，則INT／SQW引腳變?yōu)楦咦杩埂３醮紊想姇r，該位清零(邏輯0)。

BIT5位：轉(zhuǎn)換溫度(CONV)。該位置為1時，強制溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字，并執(zhí)行TCXO算法更新振蕩器的電容陣列。只在空閑期間有效。狀態(tài)位BSY=1時，禁止設定轉(zhuǎn)換溫度位。用戶在強制控制器開始新的TCXO操作之前。應檢查狀態(tài)位BSY。用戶啟動的溫度轉(zhuǎn)換不影響內(nèi)部64 s更新周期。用戶啟動的溫度轉(zhuǎn)換在大約2 ms內(nèi)不會影響B(tài)SY位。CONV位從寫入開始直到轉(zhuǎn)換完成一直保持為1，轉(zhuǎn)換完后，CONV和BSY均變?yōu)?。在監(jiān)視用戶啟動轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，應使用CONV位。

BIT4和BIT3位：頻率選擇(RS2和RS1)，初次上電時，BIT4和BIT3設置為邏輯1。方波使能時用于控制方波輸出的頻率。RS1、RS2的邏輯值與方波輸出頻率的關系如表2所列。

BIT2位：中斷控制(INTCN)。該位控制INT／SQW信號。INTCN置為0時，INT／SQW引腳輸出方波；INTCN置為1時，若計時寄存器與任一個鬧鐘寄存器相匹配，則會觸發(fā)INT／SQW信號(如果也使能鬧鐘的話)。匹配時相應的鬧鐘標志總是置位，而與INTCN位的狀態(tài)無關。初次上電時，INTCN位置為邏輯1。

BIT1位：鬧鐘2中斷使能(A2IE)。該位置為邏輯1時，允許狀態(tài)寄存器中的鬧鐘2標志位(A2F)觸發(fā)INT／SQW信號(當INTCN=1時)。當A2IE位置為0或者INTCN置為0時，A2F位不啟動中斷信號。初次上電時，A2IE位清零(邏輯0)。

BIT0位：鬧鐘1中斷使能(A1IE)。該位置為邏輯1時，允許狀態(tài)寄存器中的鬧鐘1標志位(A1F)觸發(fā)INT／SQW信號(當INTCN=1時)。當A1IE位置為0或者INTCN置為0時，A1F位不啟動INT／SQW信號。初次上電時，A1IE位清零(邏輯0)。

2.3 DS3231的數(shù)據(jù)交換及其格式

DS3231在I2C總線上作為從器件。通過執(zhí)行START命令并且在驗證器件地址后才可以訪問。然后寄存器可以被訪問直到執(zhí)行一個STOP命令為止。

所有在I2C總線上傳輸?shù)牡刂钒L度均為9位，它包括7個地址位，1個R／W控制位和1個應答位ACK，如果R／W為1，則執(zhí)行讀操作；如果R／W為0，則執(zhí)行寫操作。從機尋址后，必須在第9個SCL(ACK)周期通過拉低SDA做出應答，若從機忙或者無法響應主機，則應在ACK周期內(nèi)保持SDA為高。然后主機發(fā)出STOP狀態(tài)或者REP START狀態(tài)重新開始發(fā)送。地址包包括從機地址和稱為SLA+R或者SLA+W的READ或者WRITE位。地址字節(jié)的MSB首先被發(fā)送。所有1111xxxx的地址均保留。以便將來使用。

所有在I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)包長度均為9位，它包括8個數(shù)據(jù)位和1個應答位。在數(shù)據(jù)傳送中，主機產(chǎn)生時鐘及START與STOP狀態(tài)，而接收器響應接收。應答是由ACK在第9個SCL周期拉低SDA實現(xiàn)的。如果接收器拉高SDA，則發(fā)送NACK信號。如果接收器由于某種原因不能接收更多數(shù)據(jù)，應在最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)出NACK信號告訴發(fā)送器停止發(fā)送，首先發(fā)送數(shù)據(jù)的MSB。

DS3231通過雙向數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL與外界進行數(shù)據(jù)交換，從其時序關系可看出，DS3231有兩種操作方式：

(1) 寫操作：把SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)按RAM指定的首地址(Word Address)依次寫入N個字節(jié)數(shù)據(jù)。主器件首先傳輸從器件的地址字節(jié)，緊跟著是一系列數(shù)據(jù)字節(jié)。從器件每收到一個字節(jié)后返回一個應答位ACK。其格式如圖2所示。

(2) 讀操作：按RAM指定的首地址依次讀取N個字節(jié)數(shù)據(jù)，主器件首先傳送從器件地址。從器件返回一個應答位。隨后是從器件傳輸?shù)囊幌盗袛?shù)據(jù)字節(jié)。主器件收到除最后一個字節(jié)外的所有字節(jié)后返回一個應答位。在收到最后一個字節(jié)后，返回一個“非應答位”NACK。其格式如圖3所示。

上述讀寫操作信號中：S為起始信號(START)，1101 000為DS1307的口地址，A為應答信號ACK，A為非應答信號NACK，P為停止信號(STOP)。主器件產(chǎn)生所有的串行時鐘和START、STOP條件，通過傳輸STOP和重發(fā)START條件使其停止。

3 DS3231與AVR單片機的硬件接口

ATmega系列單片機片內(nèi)集成2線制串行接口模塊。Atmel稱其為TWI接口。事實上，TWI與Philips的I2C總線是一回事。AVR硬件實現(xiàn)的TWI接口是面向字節(jié)和基于中斷的，相對軟件模擬I2C總線有更好的實時性和代碼效率，引腳輸入部分還具有毛刺抑制單元，可去除高頻干擾。圖4是DS3231與AVR單片機ATmega8的硬件接口電路原理圖。

4 DS3231與AVR單片機的軟件接口

軟件設計中，首先要對AVR單片機ATMega8與實時鐘器件DS3231進行初始化。給DS3231準確的日期和時間。不論主控模式還是被控模式，都應當將TWI控制寄存器TWCR的TWEN位置為1，從而使能TWI模塊。TWEN位被置位后，I／O引腳 PC5和PC4轉(zhuǎn)換成SCL和SDA，對TWI 控制寄存器TWCR的操作可在總線上產(chǎn)生START和STOP信號，從START到STOP認為是主控模式的行為。將TWI地址寄存器TWAR的第一位TWGCE置為有效，同時將TWI控制寄存器TWCR的TWEA(應答允許)位置1，TWI模塊就可以在總線上對其尋址做出應答，并置狀態(tài)字。對TWI模塊的操作均為寄存器的讀寫操作，Avr-libc沒有提供專門的API，可以利用基于US-ART的標準I／O實現(xiàn)對DS3231讀寫日歷和時鐘的操作。下面的程序是DS3231與AVR單片機接口部分代碼：