引言
嵌入式技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展速度最快,、應(yīng)用最廣、前景最好的信息技術(shù)領(lǐng)域之一,。目前,，社會上嵌入式系統(tǒng)人才短缺的現(xiàn)狀給各大高校帶來了契機(jī)，很多高校的電子信息工程專業(yè)都開設(shè)了相關(guān)的嵌入式課程,。嵌入式系統(tǒng)主要由兩部分組成：一是硬件,，二是軟件。本設(shè)計是基于32位ARM7TDMI-S核的LPC2131微控制器,，內(nèi)部帶有獨立電源和時鐘源的實時時鐘,，在節(jié)電模式下極大地降低了功耗。通過硬件和軟件的結(jié)合操作,，實現(xiàn)了對內(nèi)部各個時間寄存器的秒,、分、小時,、日,、月、年和星期的控制,，能夠?qū)⒉杉礁鱾€時間數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到上位機(jī)上,，達(dá)到實時系統(tǒng)的顯示功能。此設(shè)計便于形成專用的時鐘控制的嵌入式裝置,，也能夠嵌入到各種智能化應(yīng)用系統(tǒng)中,。
1 系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)主要基于LPC2131為核心的主控電路，由JTAG下載模塊,、外部時鐘源模塊,、ARM7微控制器模塊、串口通信模塊(RS-232)等電路組成,。LPC2131微控制器內(nèi)部帶有實時時鐘模塊,，可以由外部獨立的時鐘振蕩器來提供時鐘源或由基于內(nèi)部VPB時鐘的可編程預(yù)分頻器來提供時鐘源，達(dá)到對時鐘寄存器秒,、分,、小時,、日、月,、年和星期的控制,。同時將控制的數(shù)據(jù)通過串口與PC機(jī)通信，來實現(xiàn)結(jié)果,，將數(shù)據(jù)顯示在PC機(jī)上。
1．1 實時時鐘內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹
LPC2131內(nèi)部實時時鐘結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。實時時鐘包含混合寄存器,、時間寄存器、時間計數(shù)器,、報警寄存器和預(yù)分頻器等,。其中，混合寄存器包括：中斷位置寄存器(ILR),、時鐘節(jié)拍計數(shù)器(CTC),、時鐘控制寄存器(CCR)、計數(shù)器遞增中斷寄存器(CIIR),、報警屏蔽寄存器(A-MR),；時間計數(shù)器包括：秒寄存器(SEC)、分寄存器(MIN),、小時寄存器(HOUR),、日期寄存器(DOM)、星期寄存器(DOW),、年寄存器(DOY),、月寄存器(MONTH)、年寄存器(YEAR),；時間寄存器組包括：完整時間寄存器0(CTIME0),、完整時間寄存器1(CTIME1)、完整時間寄存器2(CTIME2),；報警寄存器包括：秒報警值(ALSEC),、分報警值(ALMIN)、小時報警值(ALHOUR),、日期報警值(ALDOM),、星期報警值(ALDOW)、月報警值(ALM-ON),、年報警值(ALYEAR),；預(yù)分頻器包括：預(yù)分頻值整數(shù)部分(PREINT)、預(yù)分頻值小數(shù)部分(PREFRAC),。
1．2 實時時鐘的基本操作
首先,，設(shè)置時鐘控制寄存器(CCR)可以選擇RTC的計數(shù)時鐘,，可以由外部振蕩器32．768 kHz提供或內(nèi)部Fpclk分頻得到。當(dāng)使用Fpclk作為時鐘源時,，它的基準(zhǔn)時鐘分頻器允許調(diào)節(jié)任何頻率高于65．536 kHz的外設(shè)時鐘源產(chǎn)生一個32．768 kHz的基準(zhǔn)時鐘,，實現(xiàn)準(zhǔn)確計時操作。
其次,，如果CCR選擇內(nèi)部時鐘源,，則設(shè)置RTC基準(zhǔn)時鐘分頻器(PREINT、PREFRAC),，如果選擇外部32．768kHz就不必設(shè)置預(yù)分頻寄存器的值,，預(yù)分頻寄存器值的計數(shù)如下：
接著初始化實時時鐘(RTC)的各個時鐘值，如YEAR,、MONTH,、DOM等，報警中斷設(shè)置,，如CIIR,、AMR等，然后啟動RTC,，即CCR的CLKEN位置位,，讀取完整的時間寄存器值。在此過程中時鐘節(jié)拍計數(shù)器(CTC)是一個15位計數(shù)器,，每秒計數(shù)32 768個時鐘,，當(dāng)有CTC秒進(jìn)位時，完整時間CTIME0～CTIME2,、RTC時間寄存器(如SEC,、MIN)將會更新。實時時鐘中斷有兩種：一種增量中斷,，由CIIR控制,；另一種為報警中斷。本設(shè)計使用的是增量中斷,。
最后將串口初始化,，設(shè)置串口的波特率、數(shù)據(jù)位,、停止位,、校驗位等，將串口與上位機(jī)連接,，將串口采集到的時間寄存器變化的時間值發(fā)送到上位機(jī)上顯示,，得到對實時時鐘的控制結(jié)果。
1．3 寄存器的功能介紹
時鐘控制寄存器(CCR)是一個5位寄存器,，控制時鐘電路的分頻操作,。計數(shù)器增量中斷寄存器(CIIR)：可以使計數(shù)器每次增加時產(chǎn)生一次中斷,，在中斷位置寄存器的位0(ILR[0])寫入1之前，該中斷一直保持有效,。完整時間寄存器0(CTIME0)和完整時間寄存器1(CTIME1)：
CTIME0包括秒,、分、小時,、和星期,，CTIME1包括日期、月和年,。具體寄存器描述略——編者注,。
預(yù)分頻整數(shù)寄存器(PREINT)：預(yù)分頻的整數(shù)部分。預(yù)分頻整數(shù)部分計算如下：
預(yù)分頻小數(shù)寄存器(PREFRAC)：預(yù)分頻的小數(shù)部分,。預(yù)分頻小數(shù)部分計算如下：
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)對ARM7微控制器LPC2131的實時時鐘模塊的各個寄存器控制，來達(dá)到對時鐘的精確控制,。該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖,，如圖2所示。包括復(fù)位電路模塊,、JTAG下載模塊,、通信模塊(RS-232)、ARM7微控制器模塊及外部振蕩電路模塊,。
2．2 系統(tǒng)的硬件原理圖
復(fù)位電路如圖3所示,，采用復(fù)位芯片SP708S，可以大大提高M(jìn)CU的復(fù)位性能,。通過確定的電壓值(閾值)啟動復(fù)位操作,，同時排除瞬間干擾的影響，又防MCU在電源啟動和關(guān)閉期間的誤操作,，保證數(shù)據(jù)安全,。用阻容復(fù)位穩(wěn)定性差，常常有按了復(fù)位鍵沒反應(yīng),，要按一段時間才能復(fù)位的經(jīng)歷,，容易復(fù)位不成功。
JTAG下載電路如圖4所示,，采用20引腳的JTAG口,，使用下載工具J-LINK，由軟件MDK將從PC機(jī)通過J-LINK,，下載到LPC2131里,。
串口通信電路如圖5所示，采用串口芯片MAX3232,，將MAX3232與LPC2131連接起來,，實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)數(shù)據(jù)通信,。
ARM7微控制器模塊及外部振蕩電路的系統(tǒng)時鐘源晶振為11．059 2 MHz，實時時鐘的晶振為32．768 kHz,。電路圖略——編者注,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 程序流程
本系統(tǒng)采用了高級語言C編寫LPC2131程序，本程序主要完成對實時時鐘RTC的各個時間寄存器的設(shè)定,、顯示以及對串口0的初始化設(shè)定,。然后通過CPU采集實時時鐘的各個時間寄存器變化的數(shù)據(jù)，經(jīng)串口連接到上位機(jī),，在上位機(jī)上顯示出時間來,。程序流程如圖6所示。
3．2 控制程序
根據(jù)程序流程,，可將程序分為三大部分：第一部分,，對串口的初始化及串口發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)初始化。第二部分,，對實時時鐘的初始化,，來設(shè)置基準(zhǔn)時鐘、時,、分,、秒等各個寄存器，將采集到的數(shù)據(jù)通過終端顯示出來,。第三部分,，主函數(shù)部分，將秒增量中斷標(biāo)志置位,、清楚RTC中斷,，而后循環(huán)地將時間在串口調(diào)試助手上顯示。
4 實驗結(jié)果
將以上程序在MDK中運(yùn)行,，下載到LPC2131中,，將串口與PC機(jī)連接，設(shè)置好串口調(diào)試助手,，波特率9 600bps,，數(shù)據(jù)位8位，1個停止位,，無校驗位,。得到時間結(jié)果。
結(jié)語
本文介紹了基于ARM7TDMI-S核的芯片LPC2131和內(nèi)部的實時時鐘(RTC)的工作原理,，設(shè)計了基于實時時鐘與LPC2131的串行通信的采樣系統(tǒng),，將時間顯示在上位機(jī)上。這種時鐘控制系統(tǒng)在現(xiàn)代生產(chǎn),、生活中應(yīng)用廣泛,。在實際應(yīng)用中,，只需根據(jù)本文的基本思想進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊浦玻纯稍O(shè)計成專用的時鐘控制的嵌入式裝置,，并嵌入到各種智能化應(yīng)用系統(tǒng)中,。