4.7 DS1302 实时时钟芯片
4.7.1 原理图介绍
驱动DS1302之前，实验板上需要将JP595跳线帽和J11跳线帽断开。JP1302跳线帽接上。
4.7.2 DS1302时钟芯片介绍
现在流行的串行实时时钟(RTC)芯片很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。这些芯片接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。
本小节介绍的实时时钟芯片是DS1302 ，它是一款具有涓细(细小)电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，晶振采用32.768kHz。
DS1302与单片机通信仅需3根线：(1) RST（复位），(2) I/O（数据线）和 (3) SCLK（串行时钟）；数据可以每次一个字节的单字节形式或多达 31 字节的多字节形式传输。
4.7.3 时序图介绍
(1). 读数据时序
上面的时序图是从DS1302寄存器读取数据的时序图，读取数据之前，需要先设置读取数据的寄存器地址，再接收DS1302返回的数据。
从时序图里得知，开始传输数据之前，RST保持低电平，时钟线保持低电平，开始传输数据时，RST保持高电平。数据是先从低位开始传输，在上升沿改变数据，在下降沿保持数据稳定，数据传输完毕之后RST保持低电平。
示例代码:
/* 函数功能: 从DS1302指定寄存器里读取一个字节数据 */ u8 DS1302_ReadByte(u8 addr) { u8 n=0,dat=0; DS1302_RST=1; //然后将DS1302_RST(CE)置高电平。 /*1. 设置读取的地址*/ for(n=0;n<8;n++) { DS1302_IO=addr&0x01;//数据从低位开始传送 addr>>=1; DS1302_SCLK=1;//数据在上升沿时，DS1302读取数据 DS1302_SCLK=0;//DS1302下降沿时，放置数据 } /*2. 读取数据*/ for(n=0;n<8;n++) { dat>>=1; if(DS1302_IO)dat|=0x80; DS1302_SCLK=1; DS1302_SCLK=0;//DS1302下降沿时，放置数据 } DS1302_RST=0; //必须的操作，复位时间 DS1302_IO=0; DS1302_IO=1; return dat; }
(2). 写数据时序
上面的时序图是向DS1302寄存器写入数据的时序图，写入数据之前，需要先设置写入数据的寄存器地址，再写入实际的数据。
从时序图里得知，开始传输数据之前，RST保持低电平，时钟线保持低电平，开始传输数据时，RST保持高电平。数据是先从低位开始传输，在上升沿改变数据，在下降沿保持数据稳定，数据传输完毕之后RST保持低电平。
示例代码：
/* 函数功能: 向DS1302指定寄存器里写一个字节数据 */ void DS1302_WriteByte(u8 addr,u8 dat) { u8 n; DS1302_RST=1; //然后将DS1302_RST(CE)置高电平。 /*1. 设置写入的地址*/ for(n=0;n<8;n++) { DS1302_IO=addr&0x01;//数据从低位开始传送 addr>>=1; DS1302_SCLK=1;//数据在上升沿时，DS1302读取数据 DS1302_SCLK=0; } /*2. 写入数据*/ for(n=0;n<8;n++) { DS1302_IO=dat&0x01; dat>>=1; DS1302_SCLK=1;//数据在上升沿时，DS1302读取数据 DS1302_SCLK=0; } DS1302_RST=0;//传送数据结束 }
(3). 单字节读写顺序图
4.7.4 寄存器定义
寄存器的最低位是读写控制位，0是写，1是读。
寄存器里的数据是BCD码格式，得到十进制可以进行分离：data>>4分离出十位，data&0x0F得到个位。
秒寄存器说明：
秒寄存器的位7定义为时钟暂停位。当此位设置为逻辑1时， 时钟振荡器停止，DS1302被置入低功率的备份方式， 其电源消耗小于 100 纳安（nanoamp）。 当把此位写成逻辑 0 时， 时钟将启动。
控制寄存器说明：
写保护寄存器的位7是写保护位。 开始 7 位（位 0-6） 置为零， 在读操作时总是读出零。 在对时钟或RAM 进行写操作之前， 位 7 必须为零。 当它为高电平时， 写保护位禁止对任何其它寄存器进行写操作。
小时寄存器说明：
小时寄存器的位 7 定义为 12 或 24 小时方式选择位。 当它为高电平时， 选择 12 小时方式， 在 12 小时方式下， 位 5 是 AM/PM 位， 此位为逻辑高电平表示 PM。在 24 小时方式下， 位 5 是第 2 个 10 小时位（20-23时）。
上面寄存器地址，转换成16进制的地址如下：
控制寄存器(写保护): (写)0x8E
年寄存器地址: (写)0x8c (读)0x8c|0x01
月寄存器地址: (写)0x88 (读)0x88|0x01
日寄存器地址: (写)0x86 (读)0x86|0x01
时寄存器地址: (写)0x84 (读)0x84|0x01
分寄存器地址: (写)0x82 (读)0x82|0x01
秒寄存器地址: (写)0x80 (读)0x80|0x01
星期寄存器地址:(写)0x8a (读)0x8a|0x01
4.7.5 寄存器详细功能介绍
寄存器 0：最高位 CH 是一个时钟停止标志位。如果时钟电路有备用电源，上电后，可以先检测一下这一位，如果这一位是 0，那说明时钟芯片在系统掉电后，由于备用电源的供给，时钟是持续正常运行的；如果这一位是 1，那么说明时钟芯片在系统掉电后，时钟部分不工作了。如果 Vcc1 悬空或者是电池没电了，当下次重新上电时，读取这一位，那这一位就是 1，可以通过这一位判断时钟在单片机系统掉电后是否还正常运行。剩下的7 位高 3 位是秒的十位，低 4 位是秒的个位，DS1302 内部是 BCD 码，而秒的十位最大是 5。
寄存器 1：最高位未使用，剩下的7位中高3位是分钟的十位，低 4 位是分钟的个位。
寄存器 2：bit7 是1代表是 12 小时制，0 代表是 24 小时制；bit6 固定是 0，bit5 在12 小时制下 0 代表的是上午，1 代表的是下午，在 24 小时制下和 bit4 一起代表了小时的十位，低 4 位代表的是小时的个位。
寄存器 3：高 2 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 位代表了星期。(1~7)
寄存器 6：高 4 位代表了年的十位，低 4 位代表了年的个位。 00～99 指的是 2000 年～2099 年。
寄存器 7： 最高位一个写保护位，如果这一位是 1，那么是禁止给任何其它寄存器或者那 31 个字节的 RAM 写数据的。因此在写数据之前，这一位必须先写成 0。
4.7.6 BCD码转十进制
BCD码是用4位二进制数来表示1位十进制数中的0~9这10个数码，是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。BCD码这种编码形式利用了四个位元来储存一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换变得方便。
示例代码：
/*函数功能: 将十进制数据转为BCD码*/ u8 DEC_TO_BCD(u8 val) { return ((val/10)<<4)+val%10; } /*函数功能: 将BCD码数据转为十进制格式*/ u8 BCD_TO_DEC(u8 val) { return (val&0x0f)+(val>>4)*10; }
4.7.7 DS1302示例代码
下面代码里实现DS1302的寄存器读写，时间的设置与读取，在主函数里判断了之前DS1302是否正常工作，如果DS1302处于停止计时状态，就重新设置时间，在循环代码里，每1秒钟，向串口打印读取的时间。
(硬件平台说明：CPU是STC90C516RD 、晶振频率12MHZ 、工作在12T模式下、一个机器周期为1us时间)
示例代码：
#include <reg51.h> //定义ds1302使用的IO口 sbit DS1302_IO=P3^4; sbit DS1302_RST=P3^5; sbit DS1302_SCLK=P3^6; u8 DS1302_TIME[7]; //存放读取的时间 /* 函数功能: 将十进制数据转为BCD码 */ u8 DEC_TO_BCD(u8 val) { return ((val/10)<<4)+val%10; } /* 函数功能: 将BCD码数据转为十进制格式 */ u8 BCD_TO_DEC(u8 val) { return (val&0x0f)+(val>>4)*10; } void DS1302_Init(void) { DS1302_RST=0; DS1302_SCLK=0;//先将DS1302_SCLK置低电平。 } /* 函数功能: 向DS1302指定寄存器里写一个字节数据 */ void DS1302_WriteByte(u8 addr,u8 dat) { u8 n; DS1302_RST=1; //然后将DS1302_RST(CE)置高电平。 /*1. 设置写入的地址*/ for(n=0;n<8;n++) { DS1302_IO=addr&0x01;//数据从低位开始传送 addr>>=1; DS1302_SCLK=1;//数据在上升沿时，DS1302读取数据 DS1302_SCLK=0; } /*2. 写入数据*/ for(n=0;n<8;n++) { DS1302_IO=dat&0x01; dat>>=1; DS1302_SCLK=1;//数据在上升沿时，DS1302读取数据 DS1302_SCLK=0; } DS1302_RST=0;//传送数据结束 } /* 函数功能: 从DS1302指定寄存器里读取一个字节数据 */ u8 DS1302_ReadByte(u8 addr) { u8 n=0,dat=0; DS1302_RST=1; //然后将DS1302_RST(CE)置高电平。 /*1. 设置读取的地址*/ for(n=0;n<8;n++) { DS1302_IO=addr&0x01;//数据从低位开始传送 addr>>=1; DS1302_SCLK=1;//数据在上升沿时，DS1302读取数据 DS1302_SCLK=0;//DS1302下降沿时，放置数据 } /*2. 读取数据*/ for(n=0;n<8;n++) { dat>>=1; if(DS1302_IO)dat|=0x80; DS1302_SCLK=1; DS1302_SCLK=0;//DS1302下降沿时，放置数据 } DS1302_RST=0; //必须的操作，复位时间 DS1302_IO=0; DS1302_IO=1; return dat; } /* 函数功能: 设置DS1302芯片的时间 DS1302的时间基准是从2000年开始的，设置年份时要减去2000再传入设置 例如：DS1302_WriteTime(20,1,18,14,46,20,6); */ void DS1302_WriteTime(u8 year,u8 mon,u8 mday,u8 hour,u8 min,u8 sec,u8 week) { DS1302_WriteByte(0x8E,0x00); //禁止写保护，就是关闭写保护功能 DS1302_WriteByte(0x8c,DEC_TO_BCD(year)); //设置年 DS1302_WriteByte(0x88,DEC_TO_BCD(mon)); //设置月 DS1302_WriteByte(0x86,DEC_TO_BCD(mday)); //设置日 DS1302_WriteByte(0x84,DEC_TO_BCD(hour)); //设置时 DS1302_WriteByte(0x82,DEC_TO_BCD(min)); //设置分 DS1302_WriteByte(0x80,DEC_TO_BCD(sec)); //设置秒 DS1302_WriteByte(0x8a,DEC_TO_BCD(week)); //设置星期 DS1302_WriteByte(0x8E,0x80); //打开写保护功能 } /* 函数功能: 读取DS1302时钟的时间 DS1302寄存器的最低位是读写位，0是写，1是读 */ void DS1302_ReadTime(void) { DS1302_TIME[0]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x8c|0x01));//读取年 DS1302_TIME[1]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x88|0x01));//读取月 DS1302_TIME[2]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x86|0x01));//读取日 DS1302_TIME[3]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x84|0x01));//读取时 DS1302_TIME[4]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x82|0x01));//读取分 DS1302_TIME[5]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x80|0x01));//读取秒 DS1302_TIME[6]=BCD_TO_DEC(DS1302_ReadByte(0x8a|0x01));//读取星期 } int main() { u8 stat; UART_Init(); //初始化串口波特率为4800 DS1302_Init(); stat=DS1302_ReadByte(0x80|0x01);//读取秒 if(stat&0x80) { DS1302_WriteTime(2020-2000,1,18,16,33,33,6); } else { printf("DS1302 OK\r\n"); } while(1) { DS1302_ReadTime(); printf("DS1302:%d-%d-%d %d:%d:%d %d\r\n", (int)DS1302_TIME[0]+2000, (int)DS1302_TIME[1], (int)DS1302_TIME[2], (int)DS1302_TIME[3], (int)DS1302_TIME[4], (int)DS1302_TIME[5], (int)DS1302_TIME[6] ); DelayMs(1000); } }
