树莓派——实时时钟模块（RTC）

1 RTC介绍

树莓派为了节约成本以及减小体积，没有板载的实时时钟（real-time clock，RTC），或者叫作硬件时钟。
在某些场合下，如果树莓派无法联网，但是它上面运行的程序又和时间紧密相关，要求系统时间是正确的，在这种情况下，我们就可以为树莓派添加一个外部的RTC，使之重启之后也能保持时间正确。
此实验以DS1302为例

2 DS1302

2.1 模块简介

DS1302模块自带一块CR2032纽扣电池，电池使用时间至少应该有一年以上。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：

RST复位
I/O数据线
SCLK串行时钟
DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

2.2 模块参数

PCB为单面板，尺寸：44mm23mm1.6mm；
带4个定位孔，直径3.1mm；
备用电池为正品天球CR2032，电压3V，电流260mAh，非可充电电池。理论数据保持时间大于10年；
晶振32.768KHz，日本原装进口晶振，匹配电容为6pF，尺寸2*6mm；
DS1302为8脚直插国产大芯片，芯片下面有IC座，方便更换及插拔芯片；
模块工作电压兼容3.3V/5V，可与5V及3.3V单片机连接；
工作温度：0°—70°。

2.3 接线

DS1302	树莓派	wiringPi引脚编号
VCC	3.3V输出	3.3V输出
GND	Ground（地）	Ground（地）
CLK	SCLK	14
DAT	SDA0	30
RST	CEO	10

2.4 寄存器简介

读寄存器地址：81h~8Dh
写寄存器地址：80h~8Ch

2.5 控制字简介

3 代码块

通过对寄存器的操作来读写时间，代码（参考wiringPi自带示例代码）如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdint.h>
#include<string.h>
#include<time.h>#include<wiringPi.h>//---------------------------------------------------#define    RTC_SECS     0
#define RTC_MINS     1
#define RTC_HOURS    2
#define RTC_DATE     3
#define RTC_MONTH    4
#define RTC_DAY      5
#define RTC_YEAR     6
#define RTC_WP       7
#define RTC_TC       8
#define RTC_BM      31static int dPin, cPin, sPin;
static unsigned int masks[] = { 0x7F, 0x7F, 0x3F, 0x3F, 0x1F, 0x07, 0xFF };
/*0x7F 011111110x3F 001111110x1F 000111110x07 000001110xFF 11111111
*///---------------------------------------------------
void ds1302Setup(const int clockPin, const int dataPin, const int csPin);
void ds1302rtcWrite(int reg, unsigned int data);
void ds1302regWrite(const int reg, const unsigned int data);
void dsShiftOut(unsigned int data);
int setLinuxClock();
void ds1302clockRead(int clockdata[8]);
int dsShiftIn();
int bcdToD(unsigned int byte, unsigned int mask);
int setDSClock();
int dToBcd(int tmp);
void ds1302clockWrite(int clock[8]);int main(int argc, char *argv[]) {int i;int clock[8];wiringPiSetup();ds1302Setup(14, 30, 10);if (argc == 2) {if (strcmp(argv[1], "-slc") == 0) {return setLinuxClock();//读取DS1302内的时间来设置Linux的时间}else if (strcmp(argv[1], "-sdsc") == 0) {return setDSClock();//读取Linux的时间来设置DS1302的时间}/*else if (strcmp(argv[1], "-rtest") == 0) {return ramtest();//进行ram测试，此处因为当时觉得没必要所以没有写，具体可以参考wiringPi示例程序}*/else {printf("Usage: ds1302 [-slc | -sdsc | -rtest]\n");return EXIT_FAILURE;}}i = 0;while (true) {printf("%5d: ", i);ds1302clockRead(clock);//读取DS1302内的时间//由于DS1302内的数据是BCD编码，所以需要转化为十进制后才能输出printf(" %2d:%02d:%02d", bcdToD(clock[2], masks[2]), bcdToD(clock[1], masks[1]), bcdToD(clock[0], masks[0]));printf(" %2d/%02d/%04d", bcdToD(clock[3], masks[3]), bcdToD(clock[4], masks[4]), bcdToD(clock[6], masks[6]) + 2000);printf("\n");delay(200);i++;}return 0;
}void ds1302Setup(const int clockPin, const int dataPin, const int csPin) {dPin = dataPin;//30cPin = clockPin;//14sPin = csPin;//10digitalWrite(dPin, LOW);digitalWrite(cPin, LOW);digitalWrite(sPin, LOW);pinMode(dPin, OUTPUT);pinMode(cPin, OUTPUT);pinMode(sPin, OUTPUT);ds1302rtcWrite(RTC_WP, 0);//关闭写保护
}void ds1302rtcWrite(int reg, unsigned int data) {ds1302regWrite(0x80 | ((reg & 0x1f) << 1), data);//将reg转化为写寄存器的实际地址
}void ds1302regWrite(const int reg, const unsigned int data) {digitalWrite(sPin, HIGH);delayMicroseconds(1);dsShiftOut(reg);dsShiftOut(data);digitalWrite(sPin, LOW);delayMicroseconds(1);
}void dsShiftOut(unsigned int data) {pinMode(dPin, OUTPUT);for (int i = 0; i < 8; i++) {digitalWrite(dPin, (data&(1 << i))); delayMicroseconds(1);//LSB优先，从低位开始传输digitalWrite(cPin, HIGH); delayMicroseconds(1);digitalWrite(cPin, LOW); delayMicroseconds(1);}
}int setLinuxClock() {char dateTime[20];char command[64];int clock[8];printf("Setting the Linux Clock from the DS1302... ");fflush(stdout);//冲洗流中的信息ds1302clockRead(clock);// [MMDDhhmm[[CC]YY][.ss]]// 输出格式sprintf(dateTime, "%02d%02d%02d%02d%02d%02d.%02d",bcdToD(clock[RTC_MONTH], masks[RTC_MONTH]),bcdToD(clock[RTC_DATE], masks[RTC_DATE]),bcdToD(clock[RTC_HOURS], masks[RTC_HOURS]),bcdToD(clock[RTC_MINS], masks[RTC_MINS]),20,bcdToD(clock[RTC_YEAR], masks[RTC_YEAR]),bcdToD(clock[RTC_SECS], masks[RTC_SECS]));sprintf(command, "/bin/date %s", dateTime);//字符串格式化system(command);//向Linux输出命令return 0;
}void ds1302clockRead(int clockdata[8]) {int i;unsigned int regVal = 0x81 | ((RTC_BM & 0x1F) << 1);digitalWrite(sPin, HIGH); delayMicroseconds(1);dsShiftOut(regVal);//控制字for (i = 0; i < 8; i++) {clockdata[i] = dsShiftIn();//读取时钟数据//printf("%d %d\n", i, clockdata[i]);}digitalWrite(sPin, LOW); delayMicroseconds(1);
}int dsShiftIn() {uint8_t value = 0;pinMode(dPin, INPUT);delayMicroseconds(1);for (int i = 0; i < 8; i++) {value |= (digitalRead(dPin) << i);digitalWrite(cPin, HIGH); delayMicroseconds(1);digitalWrite(cPin, LOW); delayMicroseconds(1);}return value;
}int bcdToD(unsigned int byte, unsigned int mask) {byte &= mask;int b1 = (byte & 0xF0) >> 4;//取高四位作为十进制的十位数int b2 = byte & 0x0F;//取低四位作为十进制的个位数return b1 * 10 + b2;
}int setDSClock() {struct tm t;//Linux时间结构体time_t now;int clock[8];printf("Setting the clock in the DS1302 from Linux time... ");now = time(NULL);//取得当前时间UTC秒数，无时区转换gmtime_r(&now, &t);//获取当前时间结构，UTC时间，无时区转换//DS1302内数据采用BCD编码，故需转化clock[0] = dToBcd(t.tm_sec);       // secondsclock[1] = dToBcd(t.tm_min);     // minsclock[2] = dToBcd(t.tm_hour);       // hoursclock[3] = dToBcd(t.tm_mday);      // dateclock[4] = dToBcd(t.tm_mon + 1);   // months 0-11 --> 1-12clock[5] = dToBcd(t.tm_wday + 1);   // weekdays (sun 0)clock[6] = dToBcd(t.tm_year - 100); // yearsclock[7] = 0;                      // W-Protect offds1302clockWrite(clock);printf("OK\n");return 0;
}int dToBcd(int tmp) {return ((tmp / 10) << 4) + tmp % 10;
}void ds1302clockWrite(int clock[8]) {unsigned int regVal = 0x80 | ((RTC_BM & 0x1f) << 1);digitalWrite(sPin, HIGH); delayMicroseconds(1);dsShiftOut(regVal);for (int i = 0; i < 8; i++) {dsShiftOut(clock[i]);}digitalWrite(sPin, LOW); delayMicroseconds(1);
}

4 注意之处

如果要使用wiringPi自带的那个示例程序ds1302.c文件，编译命令可用：
gcc -Wall -o ds1302 ds1302.c -lwiringPi -lwiringPiDev
-o 表示自命名生成的文件
-l 表示需要连接到哪些库

ds1302内的数据是用BCD编码的，读取和存储都需要先进行转化

ds1302是LSB优先的

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