4.7 51单片机-DS1302 实时时钟芯片-阿里云开发者社区

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。

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);
    }
}

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