自動氣象站數(shù)據(jù)采集計時電路設(shè)計與研究

摘 要：本文結(jié)合作者的工作經(jīng)驗(yàn)，對自動氣象站數(shù)據(jù)的實(shí)時計時電路的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：自動化氣象站；數(shù)據(jù)；實(shí)時計時電路設(shè)計

根據(jù)中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》規(guī)定：自動觀測項(xiàng)目每天進(jìn)行24次定時觀測；輻射和自動觀測日照采用地方平均太陽時，其余觀測項(xiàng)目均采用北京時；輻射和自動觀測日照以地方平均太陽時24時為日界，其余觀測項(xiàng)目均以北京時20時為日界。因此必須有全局的數(shù)據(jù)計時信號，進(jìn)行整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的定時采集。

因?yàn)閷?shí)時計時芯片DC12C887可以自動更新秒、分、月、時、日、年、世紀(jì)，并且在其內(nèi)部增加了世紀(jì)寄存器，這樣通過硬件電路進(jìn)行解決了“千年”問題，從而上述系統(tǒng)的設(shè)計需要得到滿足。在沒有電源的情況下，它內(nèi)置的電池也可以保證它正常工作10年。對于一天內(nèi)的時間記錄，有12小時制和24小時制兩種模式。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；時間的表示方法也有兩種，一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種是用BCD碼表示。其128字節(jié)RAM單元與軟件接口，其中14字節(jié)為計時單元和控制/狀態(tài)寄存器，113字節(jié)為通用RAM，可由用戶使用，所有RAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護(hù)功能（非易失性RAM）；可編程方波輸出；中斷信號輸出IRQ和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、計時更新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進(jìn)行置位測試。DS12C887引腳功能如下：

VCC可連接直流電源，當(dāng)接入電源為+5V時，GND的狀態(tài)為接地，此時，DS12C887處于可讀可寫的狀態(tài)，另外，當(dāng)供電電壓VCC大于+4.25V時，作為方波輸出腳的SQW可進(jìn)行方波輸出，此時用戶可以通過對控制寄存器編程來得到13種方波信號的輸出。當(dāng)VCC的輸入電壓小于+4.25V時，DS12C887的工作狀態(tài)僅為可讀；當(dāng)VCC的輸入電源小于+3V時，VCC會自動放棄輸入電源，將自帶的鋰電電池電源作為供電來源，保證單片機(jī)內(nèi)部電路的正常運(yùn)行。而當(dāng)作為模式選擇開關(guān)的MOT接VCC時，選用的工作模式是Motorola模式，此時，如果R/W為高電平時為讀操作，R/W為低電平時為寫操作。作為數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳的DS/RD，在這種工作模式中，每個總線周期的后一部分的DS為高電平，被稱為數(shù)據(jù)選通。在讀操作中，DS的上升沿使DS12C887將內(nèi)部數(shù)據(jù)送往總線AD0～AD7上，以供外部讀取。在寫操作中，DS的下降沿將使總線AD0～AD7上的數(shù)據(jù)鎖存在DS12C887中當(dāng)MOT接入GND時，DS12C887的工作模式為INTEL模式，也就是本文中重點(diǎn)所要討論的。在此模式下R/W（讀/寫輸入端）作為寫允許輸入，即Write Enable。此時，作為數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳的DS/RD，是讀允許輸入腳，即Read Enable。在DS12C887上，CS在低電平狀態(tài)時，作為片選輸入才有效。和片選輸入一樣IRQ（中斷請求輸入）在低電平狀態(tài)時才有效，也就是說，當(dāng)處于低電平狀態(tài)時，中斷請求輸入僅影響內(nèi)部的控制寄存器，在典型的應(yīng)用中，RESET可以直接接電源VCC，這樣在掉電時，可以保證DS12C887其內(nèi)部控制寄存器不受影響。最后來說本單片機(jī)的地址部分如何分配，AD0～AD7在這里是復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線，采用時分復(fù)用技術(shù)，在總線周期的前半部分，地址信息出現(xiàn)在AD0～AD7上，DS12C887內(nèi)的RAM可用以選通，總線周期的后半部分，數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)在AD0～AD7上。在進(jìn)行讀寫操作時，地址選通輸入腳AS的上升沿將AD0～AD7上出現(xiàn)的地址信息鎖存到DS12C887上，而AD0～AD7上的地址信息將在下一個下降沿清除，不論是否有效，該操作都將被DS12C887執(zhí)行。

在實(shí)時計時芯片DC12C887內(nèi)的RAM中用來存儲時間信息的有11字節(jié)，用來存儲控制信息的有4字節(jié)，用戶都可以在任何時候?qū)S12C887內(nèi)部的4個控制寄存器其進(jìn)行訪問并對其進(jìn)行控制操作。在DS12C887內(nèi)有11字節(jié)RAM用來存儲時間信息，4字節(jié)用來存儲控制信息，其具體地址及取值如表1所示。由表1可以看出DS12C887內(nèi)部有4個控制寄存器，用戶都可以在任何時候?qū)ζ溥M(jìn)行訪問并對DS12C887進(jìn)行控制操作。

寄存器A，B，C，D為其控制寄存器組的四個寄存器，DS12C887的存儲功能地址分配如圖1所示：

因?yàn)榉讲]有5Hz頻率輸出，但是國標(biāo)要求采樣周期不得高于0.2s，如果是選擇4Hz的方波輸出頻率，那么采樣周期就為0.25s，不符合國標(biāo)要求，因此選擇16Hz的方波輸出頻率，并在程序中進(jìn)行3分頻，這樣得到的采樣周期為0.1875s，符合國標(biāo)要求。用軟件分頻的方法省去了在硬件中設(shè)計分頻器的麻煩。這樣在寄存器A中RS3、RS2、RSl、RSO分別設(shè)為1、1、0、0。DS12C887的SQW腿接在INTI上，CPU片選DS12C887，對其進(jìn)行操作。

AT89C51單片機(jī)和DS12C887芯片的硬件連接如圖2所示。

綜上所述，深入研究了自動氣象站的實(shí)時計時電路，提高了自動氣象站計時運(yùn)行的可靠性和安全性，并對研究情況進(jìn)行相應(yīng)的分析設(shè)計，使自動氣象站能夠準(zhǔn)確可靠地運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的目的。

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作者簡介：王勃，男，河南鄭州人，碩士，氣象信息技術(shù)工程師，從事綜合氣象觀測和氣象儀器設(shè)備研究維護(hù)工作。