AVR单片机与串行时钟器件DS3231的应用设计

BIT6位：电池备份的方波使能(BBSOW)。当设定为逻辑1并且DS3231由VBAT引脚供电时，在没有加载VCC的情况下，该位使能方波输出。当BB-SQW设定为逻辑0时，若VCC降至低于电源故障门限值，则INT／SQW引脚变为高阻抗。初次上电时，该位清零(逻辑0)。

BIT5位：转换温度(CONV)。该位置为1时，强制温度传感器将温度转换成数字，并执行TCXO算法更新振荡器的电容阵列。只在空闲期间有效。状态位BSY=1时，禁止设定转换温度位。用户在强制控制器开始新的TCXO操作之前。应检查状态位BSY。用户启动的温度转换不影响内部64 s更新周期。用户启动的温度转换在大约2 ms内不会影响BSY位。CONV位从写入开始直到转换完成一直保持为1，转换完后，CONV和BSY均变为0。在监视用户启动转换状态时，应使用CONV位。

BIT4和BIT3位：频率选择(RS2和RS1)，初次上电时，BIT4和BIT3设置为逻辑1。方波使能时用于控制方波输出的频率。RS1、RS2的逻辑值与方波输出频率的关系如表2所列。

BIT2位：中断控制(INTCN)。该位控制INT／SQW信号。INTCN置为0时，INT／SQW引脚输出方波；INTCN置为1时，若计时寄存器与任一个闹钟寄存器相匹配，则会触发INT／SQW信号(如果也使能闹钟的话)。匹配时相应的闹钟标志总是置位，而与INTCN位的状态无关。初次上电时，INTCN位置为逻辑1。

BIT1位：闹钟2中断使能(A2IE)。该位置为逻辑1时，允许状态寄存器中的闹钟2标志位(A2F)触发INT／SQW信号(当INTCN=1时)。当A2IE位置为0或者INTCN置为0时，A2F位不启动中断信号。初次上电时，A2IE位清零(逻辑0)。

BIT0位：闹钟1中断使能(A1IE)。该位置为逻辑1时，允许状态寄存器中的闹钟1标志位(A1F)触发INT／SQW信号(当INTCN=1时)。当A1IE位置为0或者INTCN置为0时，A1F位不启动INT／SQW信号。初次上电时，A1IE位清零(逻辑0)。

2.3 DS3231的数据交换及其格式

DS3231在I2C总线上作为从器件。通过执行START命令并且在验证器件地址后才可以访问。然后寄存器可以被访问直到执行一个STOP命令为止。

所有在I2C总线上传输的地址包长度均为9位，它包括7个地址位，1个R／W控制位和1个应答位ACK，如果R／W为1，则执行读操作；如果R／W为0，则执行写操作。从机寻址后，必须在第9个SCL(ACK)周期通过拉低SDA做出应答，若从机忙或者无法响应主机，则应在ACK周期内保持SDA为高。然后主机发出STOP状态或者REP START状态重新开始发送。地址包包括从机地址和称为SLA+R或者SLA+W的READ或者WRITE位。地址字节的MSB首先被发送。所有1111xxxx的地址均保留。以便将来使用。

所有在I2C总线上传送的数据包长度均为9位，它包括8个数据位和1个应答位。在数据传送中，主机产生时钟及START与STOP状态，而接收器响应接收。应答是由ACK在第9个SCL周期拉低SDA实现的。如果接收器拉高SDA，则发送NACK信号。如果接收器由于某种原因不能接收更多数据，应在最后一个数据字节后发出NACK信号告诉发送器停止发送，首先发送数据的MSB。

DS3231通过双向数据线SDA和时钟线SCL与外界进行数据交换，从其时序关系可看出，DS3231有两种操作方式：

(1) 写操作：把SDA数据线上的数据按RAM指定的首地址(Word Address)依次写入N个字节数据。主器件首先传输从器件的地址字节，紧跟着是一系列数据字节。从器件每收到一个字节后返回一个应答位ACK。其格式如图2所示。

(2) 读操作：按RAM指定的首地址依次读取N个字节数据，主器件首先传送从器件地址。从器件返回一个应答位。随后是从器件传输的一系列数据字节。主器件收到除最后一个字节外的所有字节后返回一个应答位。在收到最后一个字节后，返回一个“非应答位”NACK。其格式如图3所示。

上述读写操作信号中：S为起始信号(START)，1101 000为DS1307的口地址，A为应答信号ACK，A为非应答信号NACK，P为停止信号(STOP)。主器件产生所有的串行时钟和START、STOP条件，通过传输STOP和重发START条件使其停止。

3 DS3231与AVR单片机的硬件接口

ATmega系列单片机片内集成2线制串行接口模块。Atmel称其为TWI接口。事实上，TWI与Philips的I2C总线是一回事。AVR硬件实现的TWI接口是面向字节和基于中断的，相对软件模拟I2C总线有更好的实时性和代码效率，引脚输入部分还具有毛刺抑制单元，可去除高频干扰。图4是DS3231与AVR单片机ATmega8的硬件接口电路原理图。

4 DS3231与AVR单片机的软件接口

软件设计中，首先要对AVR单片机ATMega8与实时钟器件DS3231进行初始化。给DS3231准确的日期和时间。不论主控模式还是被控模式，都应当将TWI控制寄存器TWCR的TWEN位置为1，从而使能TWI模块。TWEN位被置位后，I／O引脚 PC5和PC4转换成SCL和SDA，对TWI 控制寄存器TWCR的操作可在总线上产生START和STOP信号，从START到STOP认为是主控模式的行为。将TWI地址寄存器TWAR的第一位TWGCE置为有效，同时将TWI控制寄存器TWCR的TWEA(应答允许)位置1，TWI模块就可以在总线上对其寻址做出应答，并置状态字。对TWI模块的操作均为寄存器的读写操作，Avr-libc没有提供专门的API，可以利用基于US-ART的标准I／O实现对DS3231读写日历和时钟的操作。下面的程序是DS3231与AVR单片机接口部分代码：