单片机与串行时钟DS1307的接口设计

由单片机构成的测控系统或智能显示屏中，经常需要实时日历时钟，为节省CPU资源，增强实时时钟电路的通用性，本文介绍DS1307的应用及其接口设计，该时钟系统用RS485接口，采用SN75176差分平衡驱动接收，具有抗干扰能力强，可与PC机进行远距离的通信也可以与其他控制电路相连；时钟调时可方便地用PC机或电路中设置的按键进行时间设定和修改。

DS1307是I2C总线接口的日历时钟芯片，片内有8个特殊寄存器和56B的SRAM，是一种低功耗、BCD码的8引脚实时时钟芯片。

DS1307的主要技术性能如下：

具有秒、分、时、日、星期、月、年的计数功能，并具有12小时制和24小时制计数模式，可自动调整每月天数及闰年；

具有自动掉电保护和上电复位功能；

可输出不同频率的方波信号

（1）DS1307的引脚排列图如图1所示。

VCC：+5V电源；

VBAT：+3V电池电源输入；

X1，X2:32.768kHz的晶振输入端；

SDA：数据线；

SCL：时钟线；

SQW/OUT：方波信号输出端。

（2）DS1307的特殊寄存器地址分配

DS1307内部有8个特殊寄存器即00H~07H单元，其中00H~06H分别为秒~年时间计数寄存器，07H为控制寄存器。其详细的空间分配如表1所示。

控制寄存器07H单元用于控制芯片7脚产生不同频率的方波信号。具体作用如表2所示。

其中：OUT为控制位，SQWE是使能位。

当SQWE=0时，如果OUT=0，则SQW/OUT引脚输出低电平，如果OUT=1，则SQW/OUT引脚输出为高电平。当SQWE=1时，由RS1，RS0决定引脚SQW/OUT输出不同频率的方波信号。RS1，RS0与输出频率的关系为表3所示。

（3）DS1307的工作时序

DS1307通过双向数据线SDA和时钟SCL与外界进行数据交换，其时序关系如图2所示。

从时序图2中可看出，DS1307有2种操作方式：

（1）写操作：把SDA数据线上的数据按RAM指定的首地址（WordAddress）依次写入N个字节数据，其格式为：

（2）读操作：按RAM指定的首地址依次读出N个字节数据，其格式为：

其中：S为起始信号，1101000为DS1307的口地址，A应答信号，A非应答信号，P停止信号。

该系统由89C51单片机、时钟芯片DS1307，RS485接口电路及显示电路组成。主要原理框图如图3所示。

本文利用89C51的P1.6，P1.7来模拟I2C总线的时钟线（SCL）和数据线（SDA）对时钟芯片DS1307的时钟数据进行读写操作，并把读来的数据送数码管显示。利用P3.0，P3.1实现串行输入输出，用P1.5来控制PC机输出数据对显示时间的影响，当P1.5=1时才允许显示传送，利用89C51的外部中断INT0对按键调整时间进行中断控制。

通过DS1307的SDA，SCL将时钟芯片的00H~06H单元的秒、分、时、星期、日、月和年送到数码管显示。DS1307的写地址为11010000B，读地址为11010001B。

为便于远距离、高速率下的多机通信，采用RS485接口。由MC1489将RS232电平转换成TTL电平，由MC1488实现TTL电平到RS232电平的转换，并用SN75176传输线驱动、接收器实现差分平衡型电路的转换，以增强电路的抗干扰能力。

该时钟系统软件有89C51与DS1307之间的数据交换、与PC机的串行通讯、按键时间调整及显示程序4大部分构成。下面择其主要程序简单介绍如下：

（1） 89C51对DS1307数据读、写操作

该程序是整个时钟电路的核心部分。利用单片机的P1.6，P1.7 I/O口，根据DS1307的数据传输格式用软件实现数据的读写操作；下面给出对DS1307进行写操作的部分参考子程序。

发送起始位子程序SAT：

2_副本.png (60.13 KB )

下载附件

2018-9-29 16:12 上传

（2） 与PC机的串行通讯

软件功能 PC机将键盘输入的字符发送给单片机，单片机接受PC机发来的数据后回送同一数据给PC机，并在屏幕上显示出来。

通讯约定 波特率设置。

数据格式 8个数据位，一个停止位。

传送方式 PC机采用查询方式收发数据，单片机采用中断方式接收数据。

（3） 单键时间调整

软件功能 为节省单片机资源用单键方式实现时间的调整，即利用89C51的中断0实现中断。

当有键按下时，首先由秒显示闪烁，表示可以对秒进行调整，闪烁一定时间（如5 s），在此时间内如接收不到调整信号，则自动闪烁下一位，直至年调整为止。

本文选择实时时钟芯片DS1307和单片机89C51设计了一个日历时钟系统，该系统体积小，具有RS485接口，通用性强、调时方便。已在许多智能显示屏中得到成功应用，也可用于实时测控系统。