引言
嵌入式技術是當前發展速度最快、應用最廣、前景最好的信息技術領域之一。目前，社會上嵌入式系統人才短缺的現狀給各大高校帶來了契機，很多高校的電子信息工程專業都開設了相關的嵌入式課程。嵌入式系統主要由兩部分組成：一是硬件，二是軟件。本設計是基于32位ARM7TDMI-S核的LPC2131微控制器，內部帶有獨立電源和時鐘源的實時時鐘，在節電模式下極大地降低了功耗。通過硬件和軟件的結合操作，實現了對內部各個時間寄存器的秒、分、小時、日、月、年和星期的控制，能夠將采集到各個時間數據通過串口發送到上位機上，達到實時系統的顯示功能。此設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用系統中。
1 系統工作原理
該系統主要基于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部VPB時鐘的可編程預分頻器來提供時鐘源，達到對時鐘寄存器秒、分、小時、日、月、年和星期的控制。同時將控制的數據通過串口與PC機通信，來實現結果，將數據顯示在PC機上。
1．1 實時時鐘內部結構介紹
LPC2131內部實時時鐘結構框圖如圖1所示。實時時鐘包含混合寄存器、時間寄存器、時間計數器、報警寄存器和預分頻器等。其中，混合寄存器包括：中斷位置寄存器(ILR)、時鐘節拍計數器(CTC)、時鐘控制寄存器(CCR)、計數器遞增中斷寄存器(CIIR)、報警屏蔽寄存器(A-MR)；時間計數器包括：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)；預分頻器包括：預分頻值整數部分(PREINT)、預分頻值小數部分(PREFRAC)。
1．2 實時時鐘的基本操作
首先，設置時鐘控制寄存器(CCR)可以選擇RTC的計數時鐘，可以由外部振蕩器32．768 kHz提供或內部Fpclk分頻得到。當使用Fpclk作為時鐘源時，它的基準時鐘分頻器允許調節任何頻率高于65．536 kHz的外設時鐘源產生一個32．768 kHz的基準時鐘，實現準確計時操作。
其次，如果CCR選擇內部時鐘源，則設置RTC基準時鐘分頻器(PREINT、PREFRAC)，如果選擇外部32．768kHz就不必設置預分頻寄存器的值，預分頻寄存器值的計數如下：
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。在此過程中時鐘節拍計數器(CTC)是一個15位計數器，每秒計數32 768個時鐘，當有CTC秒進位時，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。本設計使用的是增量中斷。
最后將串口初始化，設置串口的波特率、數據位、停止位、校驗位等，將串口與上位機連接，將串口采集到的時間寄存器變化的時間值發送到上位機上顯示，得到對實時時鐘的控制結果。
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。計數器增量中斷寄存器(CIIR)：可以使計數器每次增加時產生一次中斷，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。
預分頻整數寄存器(PREINT)：預分頻的整數部分。預分頻整數部分計算如下：
預分頻小數寄存器(PREFRAC)：預分頻的小數部分。預分頻小數部分計算如下：
2 系統硬件設計
2．1 系統的硬件結構
該系統對ARM7微控制器LPC2131的實時時鐘模塊的各個寄存器控制，來達到對時鐘的精確控制。該系統的硬件結構圖，如圖2所示。包括復位電路模塊、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 系統的硬件原理圖
復位電路如圖3所示，采用復位芯片SP708S，可以大大提高MCU的復位性能。通過確定的電壓值(閾值)啟動復位操作，同時排除瞬間干擾的影響，又防MCU在電源啟動和關閉期間的誤操作，保證數據安全。用阻容復位穩定性差，常常有按了復位鍵沒反應，要按一段時間才能復位的經歷，容易復位不成功。
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，實現上位機與下位機數據通信。
ARM7微控制器模塊及外部振蕩電路的系統時鐘源晶振為11．059 2 MHz，實時時鐘的晶振為32．768 kHz。電路圖略——編者注。
3 系統軟件設計
3．1 程序流程
本系統采用了高級語言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定、顯示以及對串口0的初始化設定。然后通過CPU采集實時時鐘的各個時間寄存器變化的數據，經串口連接到上位機，在上位機上顯示出時間來。程序流程如圖6所示。
3．2 控制程序
根據程序流程，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送數據的函數初始化。第二部分，對實時時鐘的初始化，來設置基準時鐘、時、分、秒等各個寄存器，將采集到的數據通過終端顯示出來。第三部分，主函數部分，將秒增量中斷標志置位、清楚RTC中斷，而后循環地將時間在串口調試助手上顯示。
4 實驗結果
將以上程序在MDK中運行，下載到LPC2131中，將串口與PC機連接，設置好串口調試助手，波特率9 600bps，數據位8位，1個停止位，無校驗位。得到時間結果。
結語
本文介紹了基于ARM7TDMI-S核的芯片LPC2131和內部的實時時鐘(RTC)的工作原理，設計了基于實時時鐘與LPC2131的串行通信的采樣系統，將時間顯示在上位機上。這種時鐘控制系統在現代生產、生活中應用廣泛。在實際應用中，只需根據本文的基本思想進行適當的移植，即可設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用系統中。