蓝桥杯单片机设计与开发⑪ --- DS1302

DS1302

实时时钟 DS1302
- 一、实时时钟芯片DS1302
- 二、注意：DS1302内部寄存器存储的数据类型是BCD码！！！
- 三、简易时钟代码

实时时钟 DS1302

一、实时时钟芯片DS1302

1、DS1302的主要性能指标
(1) DS1302实时时钟能够计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年（闰年可自动调整）。还可以通过配置AM/PM来决定采用24小时格式还是12小时格式。
（2）内部含有31个字节静态数据存储RAM。
（3）串行I/O通信方式，使得管脚少，简单SPI仅3线接口。
（4）工作电压范围教宽：2.0～5.5V。
（5）工作电流小，功耗低：工作电压为2.0V时，小于300nA。
（6）时钟或RAM数据的读/写有两种传送方式：单字节传送和多字节传送方式。
（7）采用8脚DIP封装（双列直插式封装）或SOIC封装。
（8）供电电压Vcc=5V时，与标准TTL兼容，可与单片机通信。
（9）具有涓流充电能力。
（10）采用主电源和备份电源双电源供应。备用电源可以是电池或者大电容，确保在系统掉电的情况下，时钟还可以走。

DS1302封装图：

2、DS1302的硬件信息
DS1302引脚图：
各引脚功能：

引脚编号	引脚名称	引脚功能
1	Vcc2	主电源引脚，当Vcc2比Vcc1高0. 2V以上时，DS1302由 Vcc2供电,当Vcc2低于Vcc1时，由Vcc1供电。
2	X1	这两个引脚需要接- -个32. 768K的晶振，给DS1302提供一个基准。
3	X2	特别注意，要求这个晶振的引脚负载电容必须是6pF，而不是要加6pF的电容。如果使用有源晶振的话，接到X1上即可，X2悬空。
4	GND	接地即可
5	CE	DS1302的使能输入引脚。当读写DS1302的时候，这个引脚必须是高电平，DS1302这个引脚内部有一个40k的下拉电阻。
6	I/O	这个引脚是一个双向通信引脚，读写数据都是通过这个引脚完成。DS1302这个引脚的内部含有一个40k的下拉电阻。
7	SCLK	输入引脚。SCLK是用来作为通信的时钟信号。DS1302这个引脚.的内部含有- -个40k的下拉电阻。
8	Vcc1	备用电源引脚

其中只有5脚（CE使能）、6脚（I/O）、7脚（SCLK时钟）需要接到单片机的I/O口上。
DS1302的典型电路如下：

需要注意的是晶振电路。它使用的是32.768K的晶振，晶振外部不需要额外添加其他电容或者电阻。时钟的精度首先取决于晶振的精度以及晶振的引脚负载电容。如果晶振不准或者负载电容过大（小），就会导致时钟误差过大。其次需要考虑晶振的温漂。晶振的精度会随着温度的变化而变化。在实际系统中，常通过校对来减少这种误差的影响。

3、DS1302寄存器介绍
（1）命令字节
DS1302一条指令一个字节共8位。第7位（最高位）固定为1（0无效）；第6位是RAM/CLOCK选择端，这里主要学习CLOCK时钟的使用，所以第6位为0；第5位到第1位是寄存器的地址；第0位是读写控制位，1读0写。命令字节如下：

（2）寄存器
DS1302有8个和时钟有关的寄存器，如下：

（表格从上到下依次为寄存器0到寄存器7）

寄存器0：最高位CH是时钟停止标志位。通过该位判断时钟在单片机系统掉电后是否正常运行（0为有备用电源，正常运行）。剩余7位的高3位是秒的十位，低4位是秒的个位。由于DS1302内部是BCD码，秒的十位最大是5，所以3个二进制位足够。
寄存器1：最高位未使用，剩余7位的高3位是分钟的十位，低4位是分钟的个位。
寄存器2：bit7为1代表采用12小时制，为0表示24小时制；bit6固定为0；bit5在12小时制下，0表示上午，1表示下午，在24小时制下，和bit4一起表示小时的十位；低4位表示小时的个位。
寄存器3：高两位固定是0，bit5 和 bit4是日期的十位，低4位是日期的个位。
寄存器4：高3位固定是0，bit4 是月的十位，低4位是月的个位。
寄存器5：高5位固定是0，低3位表示星期
寄存器6：高4位表示年的十位，低4位表示年的个位。00 ~ 99指的是2000年~2099年。
寄存器7：最高位为写保护位。如果此位为1，则禁止给任何其它的寄存器或者31个字节的RAM写数据。因此在写数据之前，此位必须写成0。

4、DS1302通信时序介绍
（1）单字节写操作时序 (单片机向DS1302内写入)

先写入寄存器地址，再写入待写字节

（2）单字节读操作时序（单片机从DS1302读取数据）
先写入寄存器地址，再读取该寄存器的数据

注：
①该时序图上的箭头方向都是针对DS1302而言的。
②应该先读取I/O线上的数据，再拉高SCK（时钟线）产生上升沿。

5、Burst 模式
DS1302寄存器中，与时间相关的寄存器有7个，分别依次对应秒、分、时、日期、月、星期、年。在读取这7个寄存器的过程中，无论怎样读，都会有时间差，在极端的情况下就会出现错误。例如当前时间是00:00:59，先读秒，读到的秒是59，然后再去读分钟。但是在读完秒准备去读分钟的这段时间内，刚好时间进位了，变成了00：01:59，这个错误就很明显了。

为了解决这个问题，芯片厂家提供了Burst的模式。这里主要学习时钟突发模式（RAM突发模式暂时忽略）。

当向DS1302内写入寄存器地址时，只要将写的5位地址都写1，即读操作用0xBF，写操作用0xBE，这时DS1302就能识别出是Burst模式，马上把所有的8个字节同时锁存到另外的8个字节的寄存器缓冲区内，这样时钟继续走，而我们读取的是另一个缓冲区内的数据。写数据同理，Burst模式下，我们是先把数据写到这个缓冲区内，最终DS1302会把这个缓冲区内的数据一次性送到它的时钟寄存器内。

从以上叙述不难看出，在DS1302时钟的Burst模式下，必须一次性读或者写8个字节，要把时钟的寄存器全部读出来或者完全写进去。

二、注意：DS1302内部寄存器存储的数据类型是BCD码！！！

BCD码介绍：

我们时钟日历寄存器使用的是8421码型的BCD码，BCD码还有5421码、2421码等，其中8421码型的BCD码最最常用;
BCD码是用四位二进制数表示一位十进制数的0-9这十个数简称BCD码;
8421码型BCD码最小值为0000 (二进制)，最大值为1001 (二进制) : 9
一个字节的8421码型BCD码中的低四位用于表示十进制的个位，高四位用于表示十进制的十位，如10 (十进制)的8421码型BCD码=00010000;

BCD码转换
例：把十进制数45转换为8421型的BCD码

unsigned char data1,data2 = 45;//声明两个无符号类型的char型变量data1和data2 并data2赋初值45
data1 = data2/10; // data1 = 4;
data2 = data2%10; // data2 = 5;
data2 = data2 + data1*16; // data2 = 5 + 4*16 = 69 即69为转换的BCD码

把69这个8421型的BCD码换算回十进制数：

data1 = data2/16; // data1 = 4;
data2 = data2%16; // data2 = 5;
data2 = data2 + data1*10; // data2 = 5 + 4*10 = 45

三、简易时钟代码

ds1302.h

#ifndef _DS1302_H_
#define _DS1302_H_
#include <STC15F2K60S2.H>
#define u8 unsigned char struct sTime{unsigned char hour;unsigned char min;unsigned char sec;
};
sbit DS1302_IO = P2^3;
sbit DS1302_CLK = P1^7;
sbit DS1302_CE = P1^3;void DS1302Write(unsigned char reg,unsigned char dat);
unsigned char DS1302Read(unsigned char reg);
void DS1302BurstWrite(unsigned char *dat);
void DS1302BurstRead(unsigned char *dat);
void BCD_TO_DAT(unsigned char *dat);
void DAT_TO_BCD(unsigned char *dat);
void GetRealTime(struct sTime *time);
void SetRealTime(struct sTime *time);
void DS1302Init();
#endif

ds1302.c

#include "ds1302.h"//发送一个字节到DS1302通信总线上
void DS1302ByteWrite(u8 dat)
{    u8 i;for(i=0;i<8;i++){DS1302_CLK = 0;DS1302_IO = dat & 0x01;DS1302_CLK = 1;dat>>=1;}
}//从DS1302通信总线上读取一个字节
u8 DS1302ByteRead()
{u8 i;u8 dat = 0;for(i=0;i<8;i++){DS1302_CLK = 0;//拉低时钟总线，写数据dat >>= 1;//先读的数据依次右移至最低位if(DS1302_IO){dat |= 0x80;}DS1302_CLK = 1;//拉高时钟总线，让IO读走一位}return dat;
}//向某一寄存器写入一个字节
void DS1302Write(u8 reg,u8 dat)
{DS1302_CLK = 0; //拉低使能端DS1302_CLK = 0; //拉低数据总线DS1302_CE = 1; //拉高使能端 产生上升沿 准备发送数据DS1302ByteWrite(reg);DS1302ByteWrite(dat);DS1302_CE = 0; //拉低使能端，以便下次产生上升沿
}
//从某一寄存器读取一个字节
u8 DS1302Read(u8 reg)
{u8 dat = 0;DS1302_CE = 0;DS1302_CLK = 0;DS1302_CE = 1; //产生上升沿 准备发送寄存器指令DS1302ByteWrite(reg);dat = DS1302ByteRead();DS1302_CE = 0;return dat;
}
//用Burst突发模式连续写入8个寄存器数据
void DS1302BurstWrite(u8 *dat)
{u8 i;DS1302_CE = 0;DS1302_CLK = 0;DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite(0xBE);for(i=0;i<8;i++){DS1302ByteWrite(dat[i]);}DS1302_CE = 0;
}
//用Burst突发模式连续读取8个寄存器数据
void DS1302BurstRead(u8 *dat)
{u8 i;DS1302_CE = 0;DS1302_CLK = 0;DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite(0xBF);for(i=0;i<8;i++){dat[i] = DS1302ByteRead();}DS1302_CE = 0;
}
//将BCD码转换为十进制数
void BCD_TO_DAT(u8 *dat)
{u8 i;unsigned char Temp = 0;for(i=0;i<sizeof(dat);i++){Temp = dat[i]/16;dat[i] = dat[i]%16;dat[i] = dat[i]+Temp*10;}
}
//将十进制数转换为BCD码
void DAT_TO_BCD(u8 *dat)
{u8 i;unsigned char Temp = 0;for(i=0;i<sizeof(dat);i++){Temp = dat[i]/10;dat[i] = dat[i]%10;dat[i] = dat[i] + Temp*16;}
}//获取时间
void GetRealTime(struct sTime *time)
{unsigned char buf[8];DS1302BurstRead(buf);BCD_TO_DAT(buf);time ->sec = buf[0];time ->min = buf[1];time ->hour = buf[2];
}
//设置时间
void SetRealTime(struct sTime *time)
{unsigned char buf[8];buf[0] = time -> sec;buf[1] = time -> min;buf[2] = time -> hour;DAT_TO_BCD(buf);DS1302BurstWrite(buf);
}
//DS1302初始化
void DS1302Init()
{struct sTime InitTime;//初始化设置 8点59分0秒InitTime.sec = 0;InitTime.min = 59;InitTime.hour = 8;DS1302Write(0x8e,0x00);//关闭写保护SetRealTime(&InitTime);
}

main.c

#include "sys.h"
#include "ds1302.h"
struct sTime time;
bit DS1302_READ_FLAG;
void main()
{ALL_Init();Timer0Init();DS1302Init();while(1){DS1302Write(0x8e,0x00);//关闭写保护if(DS1302_READ_FLAG)//每100ms获取一次时ds1302数据{DS1302_READ_FLAG = 0;GetRealTime(&time);DS1302Write(0x8e,0x80);//打开写保护}Nixie_Drive(&time);//将ds1302数据通过数码管显示}}

nixie.c

#include "sys.h"
#include "ds1302.h"// 0    1    2    3    4    5    6    7
uchar code nixie[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,// 8 9    a    b    c    d     e    f    u0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xc1}; //共阳数码管码字uchar NixieBuff[] = {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};uchar smg1,smg2,smg3,smg4,smg5,smg6,smg7,smg8;
uchar code Symbol[] = {0xff,0xbf}; //全灭，-void Nixie_Scan()
{static u8 index;HC138_Set(7);P0 = 0xff;HC138_Set(6);P0 = 0x01 << index;HC138_Set(7);P0 = NixieBuff[index];HC138_Set(0);index++;index &= 0x07;
}void Nixie_Show()
{NixieBuff[0] = nixie[smg1];NixieBuff[1] = nixie[smg2];NixieBuff[2] = Symbol[smg3];NixieBuff[3] = nixie[smg4];NixieBuff[4] = nixie[smg5];NixieBuff[5] = Symbol[smg6];NixieBuff[6] = nixie[smg7];NixieBuff[7] = nixie[smg8];
}void Nixie_Drive(struct sTime *time)
{smg1 = time->hour/10;smg2 = time->hour%10;smg4 = time->min/10;smg5 = time->min%10;smg7 = time->sec/10;smg8 = time->sec%10;if(time->sec%2==0){smg3 = smg6 = 1;}else{smg3 = smg6 = 0;}
}

注意：
1、本程序采用了结构体、指针，让程序显得更为复杂，不采用也一样能实现该功能，代码也会更少。
2、本程序是直接用的burst模式一次性读写7个寄存器