自动气象站数据采集计时电路设计与研究

摘 要：本文结合作者的工作经验，对自动气象站数据的实时计时电路的设计进行了详细的阐述。

关键词：自动化气象站；数据；实时计时电路设计

根据中国气象局《地面气象观测规范》规定：自动观测项目每天进行24次定时观测；辐射和自动观测日照采用地方平均太阳时，其余观测项目均采用北京时；辐射和自动观测日照以地方平均太阳时24时为日界，其余观测项目均以北京时20时为日界。因此必须有全局的数据计时信号，进行整个系统数据的定时采集。

因为实时计时芯片DC12C887可以自动更新秒、分、月、时、日、年、世纪，并且在其内部增加了世纪寄存器，这样通过硬件电路进行解决了“千年”问题，从而上述系统的设计需要得到满足。在没有电源的情况下，它内置的电池也可以保证它正常工作10年。对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示。其128字节RAM单元与软件接口，其中14字节为计时单元和控制/状态寄存器，113字节为通用RAM，可由用户使用，所有RAM单元数据都具有掉电保护功能（非易失性RAM）；可编程方波输出；中断信号输出IRQ和总线兼容，定闹中断、周期性中断、计时更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行置位测试。DS12C887引脚功能如下：

VCC可连接直流电源，当接入电源为+5V时，GND的状态为接地，此时，DS12C887处于可读可写的状态，另外，当供电电压VCC大于+4.25V时，作为方波输出脚的SQW可进行方波输出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到13种方波信号的输出。当VCC的输入电压小于+4.25V时，DS12C887的工作状态仅为可读；当VCC的输入电源小于+3V时，VCC会自动放弃输入电源，将自带的锂电电池电源作为供电来源，保证单片机内部电路的正常运行。而当作为模式选择开关的MOT接VCC时，选用的工作模式是Motorola模式，此时，如果R/W为高电平时为读操作，R/W为低电平时为写操作。作为数据选择或读输入脚的DS/RD，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的DS为高电平，被称为数据选通。在读操作中，DS的上升沿使DS12C887将内部数据送往总线AD0～AD7上，以供外部读取。在写操作中，DS的下降沿将使总线AD0～AD7上的数据锁存在DS12C887中当MOT接入GND时，DS12C887的工作模式为INTEL模式，也就是本文中重點所要讨论的。在此模式下R/W（读/写输入端）作为写允许输入，即Write Enable。此时，作为数据选择或读输入脚的DS/RD，是读允许输入脚，即Read Enable。在DS12C887上，CS在低电平状态时，作为片选输入才有效。和片选输入一样IRQ（中断请求输入）在低电平状态时才有效，也就是说，当处于低电平状态时，中断请求输入仅影响内部的控制寄存器，在典型的应用中，RESET可以直接接电源VCC，这样在掉电时，可以保证DS12C887其内部控制寄存器不受影响。最后来说本单片机的地址部分如何分配，AD0～AD7在这里是复用地址数据总线，采用时分复用技术，在总线周期的前半部分，地址信息出现在AD0～AD7上，DS12C887内的RAM可用以选通，总线周期的后半部分，数据信息出现在AD0～AD7上。在进行读写操作时，地址选通输入脚AS的上升沿将AD0～AD7上出现的地址信息锁存到DS12C887上，而AD0～AD7上的地址信息将在下一个下降沿清除，不论是否有效，该操作都将被DS12C887执行。

在实时计时芯片DC12C887内的RAM中用来存储时间信息的有11字节，用来存储控制信息的有4字节，用户都可以在任何时候对DS12C887内部的4个控制寄存器其进行访问并对其进行控制操作。在DS12C887内有11字节RAM用来存储时间信息，4字节用来存储控制信息，其具体地址及取值如表1所示。由表1可以看出DS12C887内部有4个控制寄存器，用户都可以在任何时候对其进行访问并对DS12C887进行控制操作。

寄存器A，B，C，D为其控制寄存器组的四个寄存器，DS12C887的存储功能地址分配如图1所示：

因为方波没有5Hz频率输出，但是国标要求采样周期不得高于0.2s，如果是选择4Hz的方波输出频率，那么采样周期就为0.25s，不符合国标要求，因此选择16Hz的方波输出频率，并在程序中进行3分频，这样得到的采样周期为0.1875s，符合国标要求。用软件分频的方法省去了在硬件中设计分频器的麻烦。这样在寄存器A中RS3、RS2、RSl、RSO分别设为1、1、0、0。DS12C887的SQW腿接在INTI上，CPU片选DS12C887，对其进行操作。

AT89C51单片机和DS12C887芯片的硬件连接如图2所示。

综上所述，深入研究了自动气象站的实时计时电路，提高了自动气象站计时运行的可靠性和安全性，并对研究情况进行相应的分析设计，使自动气象站能够准确可靠地运行，达到了预期的目的。

参考文献

[1] 中国气象局. 地面气象观测规范[M]. 第1版. 北京：气象出版社，2003.

[2] 李黄. 自动气象站实用手册[M]. 第1版. 北京：气象出版社，2007.

[3] 张文煜，袁九毅. 大气探测原理与方法[M]. 第1版. 北京：气象出版社，2007.

作者简介：王勃，男，河南郑州人，硕士，气象信息技术工程师，从事综合气象观测和气象仪器设备研究维护工作。