本文是關(guān)于DS1302時(shí)鐘芯片的相關(guān)介紹。

一、 DS1302時(shí)鐘芯片介紹

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)部含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。該芯片是3線SPI接口。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、周、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可以自動(dòng)調(diào)整。

時(shí)鐘操作通過(guò)AM/PM只是決定采用24或12小時(shí)格式。

DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需要用到三根通信線：
① RES復(fù)位；② I/O數(shù)據(jù)線；③ SCLK串行時(shí)鐘。

時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。

DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)個(gè)時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。

DS1302的雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為可編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用與電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域下面。

DS1302主要的性能指標(biāo)：

• 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、周、月、年的能力，還有閏年調(diào)整能力。
• 31個(gè)8位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM。
• 串行I/O口方式使得管腳數(shù)量最少。
• 寬范圍工作電壓3.0~5.5V。
• 工作在2.0V時(shí)，電流小于300nA。
• 讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式：單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送方式。
• 8腳DIP封裝或可選的8腳SOIC封裝根據(jù)表面裝配。
• 簡(jiǎn)單3線接口。
• 與TTL兼容Vcc=5V。
• 可選工業(yè)級(jí)溫度范圍-40~+85。
• 具有涓流充電能力。
• 采用主電源和備份電源雙電源供應(yīng)，備份電源可用電池或大容量電容實(shí)現(xiàn)。

DS1302芯片管腳如下：

芯片管腳功能：

管腳名稱	管腳標(biāo)號(hào)	說(shuō)明
Vcc2	1	備用電源引腳，接入電池?cái)嚯姇r(shí)提供1302電源
X1、X2	2、3	外部晶振引腳，通常需要外接32.768K晶振
GND	4	電源地
CE	5	使能引腳，也是復(fù)位引腳RST，低電平有效，操作時(shí)置為高電平
I/O	6	串行數(shù)據(jù)引腳，數(shù)據(jù)輸出或輸入都使用該引腳，具有三態(tài)功能
SCLK	7	串行時(shí)鐘引腳
Vcc1	8	工作電源引腳

二、DS1302的使用

操作DS1302的大致過(guò)程，就是將各種數(shù)據(jù)寫入DS1302的寄存器，來(lái)設(shè)置它當(dāng)前的時(shí)間的格式；然后使DS1302開始運(yùn)作，DS1302時(shí)鐘會(huì)按照設(shè)置情況運(yùn)轉(zhuǎn)，再用單片機(jī)將其寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)讀出；最后用液晶顯示，就是常說(shuō)的簡(jiǎn)易電子時(shí)鐘。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)DS1302的操作分2步，顯示部分屬于液晶顯示的內(nèi)容，不屬于DS1302本身的內(nèi)容。

首先了解下寄存器，DS1302有一個(gè)控制寄存器、12個(gè)日歷/時(shí)鐘寄存器和31個(gè)RAM。

2.1、DS1302的控制寄存器

控制寄存器用于存放DS1302的控制命令字，DS1302的RST引腳回到高電平后寫入的第一個(gè)字節(jié)為控制命令，它用于對(duì)DS1302讀寫過(guò)程進(jìn)行控制，格式如下：

7	6	5	4	3	2	1	0
1	RAM /CK	A4	A3	A2	A1	A0	RD /WR

• 第7位固定是1。
• 第6位，1表示片內(nèi)RAM；0表示日歷、時(shí)鐘寄存器選擇位。
• 第5到1位，地址位，用于選擇進(jìn)行讀寫的日歷、時(shí)鐘寄存器或片內(nèi)RAM。
• 第0位，1表示RD，即下一步的操作是讀；0表示W(wǎng)R，即下一步的操作是寫。

第5到1位取值代表的RAM或寄存器如下表所示。根據(jù)下表可以知道，如果要讀秒寄存器，命令為1000 0001，如果要寫秒寄存器命令為1000 0000。

寄存器名稱	D7 1	D6 RAM/CK	D5 A4	D4 A3	D3 A2	D2 A1	D1 A0	D0 RD/WR	寄存器值
秒寄存器	1	0	0	0	0	0	0	0或1	80H/81H
分寄存器	1	0	0	0	0	0	1	0或1	82H/83H
時(shí)寄存器	1	0	0	0	0	1	0	0或1	84H/85H
日寄存器	1	0	0	0	0	1	1	0或1	86H/87H
月寄存器	1	0	0	0	1	0	0	0或1	88H/89H
星期寄存器	1	0	0	0	1	0	1	0或1	8AH/8BH
年寄存器	1	0	0	0	1	1	0	0或1	8CH/8DH
寫保護(hù)寄存器	1	0	0	0	1	1	1	0或1	8EH/8FH
慢充電寄存器	1	0	0	1	0	0	0	0或1	90H/91H
時(shí)鐘突發(fā)模式	1	0	1	1	1	1	1	0或1	BEH/BFH
RAM0	1	1	0	0	0	0	0	0或1	C0H/C1H
…	1	1	…	…	…	…	…	0或1	…
RAM30	1	1	1	1	1	1	0	0或1	FCH/FDH
RAM突發(fā)模式	1	1	1	1	1	1	1	0或1	FEH/FFH

2.2、DS1302的日歷/時(shí)鐘寄存器

DS1302共有12個(gè)寄存器，其中7個(gè)與日歷、時(shí)鐘有關(guān)，存放的數(shù)據(jù)為BCD碼形式，格式如下：

寄存器名稱	取值范圍	D7	D6~D4	D3~D0
秒寄存器	00~59	CH	秒的十位	秒的個(gè)位
分寄存器	00~59	0	分的十位	分的個(gè)位
時(shí)寄存器	01 ~ 12或00 ~ 23	12或24	D6-D5-D4 0-A/P-HR	時(shí)的個(gè)位
日寄存器	01~31	0	D6-D5D4 0-日的十位	日的個(gè)位
月寄存器	01~12	0	D6-D5-D4 0-0-1或0	月的個(gè)位
周寄存器	01~07	0	D6-D5-D4 0-0-0	星期幾
年寄存器	01~99	年的十位	年的十位	年的個(gè)位
寫保護(hù)寄存器		WP	0-0-0	0-0-0-0
慢充電寄存器		TCS	TCS-TCS-TCS	DS-DS-RS-RS
時(shí)鐘突發(fā)寄存器

寄存器說(shuō)明：

• 秒寄存器：低四位為SEC，高的次三位為10SEC。CH位為時(shí)鐘暫停位，當(dāng)CH=1時(shí)，時(shí)鐘暫停，CH=0時(shí)，時(shí)鐘開始啟動(dòng)。

• 時(shí)寄存器：最高位為12/24小時(shí)的格式選擇位，1表示12小時(shí)格式，0表示24小時(shí)格式；

  • 當(dāng)設(shè)置為12小時(shí)顯示格式時(shí)，D5的高電平表示上午AM，D5低電平表示下午PM；
  • 當(dāng)設(shè)置為24小時(shí)格式時(shí)，D5、D4表示小時(shí)的十位。

• 寫保護(hù)寄存器：最高位WP為1時(shí)，DS1302只讀不寫，一般在往DS1302寫數(shù)據(jù)之前確保WP為0。

• 慢充電寄存器：TCS位為控制慢充電的選擇，當(dāng)為1010時(shí)才能使慢充電工作。

  • DS為二極管選擇位。DS=01表示選擇一個(gè)二極管，DS=10表示選擇二個(gè)二極管，DS=11或00表示充電器被禁止，與TCS無(wú)關(guān)。

  • RS用于選擇連接在Vcc2和Vcc1之間的電阻，RS=00，充電器被禁止，與TCS無(wú)關(guān)，電阻選擇如下：

  • RS位	電阻器	阻值
    00	無(wú)	無(wú)
    01	R1	2K
    10	R2	4K
    11	R3	8K

從DS1302中讀取出來(lái)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)均為BCD碼格式，需要轉(zhuǎn)換為習(xí)慣的十進(jìn)制。

BCD碼是通過(guò)4位二進(jìn)制碼來(lái)表示1位十進(jìn)制中的0~9這10個(gè)數(shù)碼。

二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為BCD碼的方式為：4位二進(jìn)制碼大于1001時(shí)，加6。比如BCD碼00001100的二進(jìn)制碼為：00001100+6=0010010。

如下所示：

十進(jìn)制碼	二進(jìn)制碼
0	0000
1	0001
2	0010
3	0011
4	0100
5	0101
6	0110
7	0111
8	1000
9	1001

2.3、片內(nèi)RAM

DS1302片內(nèi)有31個(gè)RAM單元，對(duì)片內(nèi)RAM的操作方式有兩種：單字節(jié)方式和多字節(jié)方式。

當(dāng)控制命令字位C0H~FDH時(shí)為單字節(jié)讀寫方式，命令字中的D5 ~ D1用于選擇對(duì)應(yīng)的RAM單元。

當(dāng)控制命令字為FEH、FFH時(shí)為多字節(jié)操作，表中的RAM突發(fā)模式，多字節(jié)操作可一次把所有的RAM單元內(nèi)容進(jìn)行讀寫。FEH為寫操作，FFH為讀操作。

2.4、DS1302的讀寫時(shí)序

在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位開始。在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位到高位。時(shí)序圖如下。

• DS1302通過(guò)SPI串行總線跟單片機(jī)通信，當(dāng)進(jìn)行一次讀寫操作時(shí)最少得讀寫兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是控制字節(jié)，就是一個(gè)命令，告訴DS1302是讀還是寫操作，是對(duì)RAM還是CLOCK寄存器操作。第二個(gè)字節(jié)是要讀或要寫的數(shù)據(jù)。
• 單字節(jié)讀寫，只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將CE置為高電平。所以在進(jìn)行操作之前需要先將SCLK置低電平，然后將CE置為高電平，接著開始在IO上放入要傳送的電平信號(hào)。然后跳變SCLK。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿時(shí)，DS1302讀寫數(shù)據(jù)，在SCLK下降沿時(shí)，DS1302放置數(shù)據(jù)到IO上。

上圖是DS1302的三個(gè)時(shí)序：復(fù)位時(shí)序、單字節(jié)寫時(shí)序、單字節(jié)讀時(shí)序。

CE（RST）：復(fù)位時(shí)序，在RST引腳產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，在整個(gè)讀寫期間，RST保持高電平，一次字節(jié)讀寫完畢后，把RST返回低電平準(zhǔn)備下次讀寫周期。

單字節(jié)讀時(shí)序：讀之前要先對(duì)寄存器寫命令，從最低位開始寫；可以看到，寫數(shù)據(jù)時(shí)在SCLK的上升沿實(shí)現(xiàn)，讀數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿實(shí)現(xiàn)。在單字節(jié)讀時(shí)序中，寫命令的第八個(gè)上升沿結(jié)束后緊接著的第八個(gè)下降沿就將要讀寄存器的第一位數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)線上了。讀出來(lái)的數(shù)據(jù)也是最低位開始。

單字節(jié)寫時(shí)序：兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)配合16個(gè)上升沿將數(shù)據(jù)寫入即可。

需要注意的是：

• 在操作DS1302之前需要關(guān)閉寫保護(hù)。
• 用延時(shí)來(lái)降低單片機(jī)的速度以配合器件時(shí)序。
• DS1302讀出來(lái)的數(shù)據(jù)是BCD碼形式，要轉(zhuǎn)換成常用的10進(jìn)制。
• 讀取字節(jié)之前，將IO設(shè)置為輸入口，讀取完之后，將IO改回輸出口。
• 寫程序時(shí)，建議開辟數(shù)組集放置DS1302的一系列數(shù)據(jù)，方便擴(kuò)展鍵盤輸入。

三、SPI總線介紹

SPI，Serial Peripheral Interface，串行外圍接口。SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。

SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來(lái)說(shuō)比I2C總線要快，可達(dá)幾Mbps。

SPI接口以主從方式工作，這種方式下通常有一個(gè)主器件和一個(gè)或多個(gè)從器件，其接口包括以下四種信號(hào)：

1. MOSI——主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入；
2. MISO——主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出；
3. SCLK——時(shí)鐘信號(hào)，由主器件產(chǎn)生；
4. /CE——從器件使能信號(hào)，由主器件控制；

SPI接口內(nèi)部硬件如下：

SPI沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。

四、DS1302使用示例

本示例實(shí)現(xiàn)的功能是：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)碼管上顯示電子時(shí)鐘，格式為"xx-xx-xx"。

使用到的資源有數(shù)碼管以及DS1302時(shí)鐘芯片，DS1302時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)如下，DS1302芯片的控制管腳接至單片機(jī)的P3.4~P3.6口上，在芯片的X1、X2管腳處外接了一個(gè)32.768KHz晶振，為時(shí)鐘運(yùn)行提供一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率。

軟件實(shí)現(xiàn)，按照上面介紹的時(shí)序編寫DS1302的讀、寫時(shí)序代碼，如下：

sbit DSIO=P3^4;
sbit RST=P3^5;
sbit SCLK=P3^6;// DS1302讀時(shí)、分、秒等寄存器的地址命令，依次是秒分時(shí)日月周年
uchar code READ_RTC_ADDR[]={0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d};
// DS1302寫時(shí)、分秒等寄存器的地址命令，依次是秒分時(shí)日月周年
uchar code WRITE_RTC_ADDR[]={0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};// 時(shí)鐘初始化2023-12-26星期二12點(diǎn)0分0秒，存儲(chǔ)順序按照秒分時(shí)日月周年，
// 存儲(chǔ)格式使用BCD嗎
uchar TIME[7]={0, 0, 0x12, 0x26, 0x12, 0x02, 0x23};// 向DS1302發(fā)送命令，向地址addr寫入數(shù)據(jù)dat
void DS1302Write(uchar addr, uchar dat)
{uchar i;RST=0;  // RST拉低_nop_();  // 延時(shí)SCLK=0;  // 拉低SCLK，SCLK為低時(shí)才可拉高RST_nop_();  // 延時(shí)RST=1;  // RST拉高，整個(gè)讀寫期間保持RST高電平_nop_();  // 延時(shí)for(i=0;i<8;i++)  // 從低位開始傳送八位地址addr{DSIO=addr&0x01;addr>>=1;SCLK=1;  // 上升沿向DS1302寫數(shù)據(jù)_nop_();SCLK=0;  // SCLK拉低為下一位傳送做準(zhǔn)備_nop_();}for(i=0;i<8;i++)  // 從低位開始傳送八位數(shù)據(jù)dat{DSIO=dat&0x01;dat>>=1;SCLK=1;  // 上升沿向DS1302寫數(shù)據(jù)_nop_();SCLK=0;  // SCLK拉低為下一位傳送做準(zhǔn)備_nop_();}// 數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，將RST拉低，為下一次傳送做準(zhǔn)備RST=0;_nop_();
}// 從DS1302中讀取地址addr的數(shù)據(jù)dat
uchar DS1302Read(uchar addr)
{uchar i;uchar dat, bi;RST=0;  // RST拉低_nop_();  // 延時(shí)SCLK=0;  // 拉低SCLK，SCLK為低時(shí)才可拉高RST_nop_();  // 延時(shí)RST=1;  // RST拉高，整個(gè)讀寫期間保持RST高電平_nop_();  // 延時(shí)for(i=0;i<8;i++)  // 從低位開始傳送八位地址addr{DSIO=addr&0x01;addr>>=1;SCLK=1;  // 上升沿向DS1302寫數(shù)據(jù)_nop_();SCLK=0;  // SCLK拉低為下一位傳送做準(zhǔn)備_nop_();}_nop_();for(i=0;i<8;i++)  // 從低位開始讀取八位數(shù)據(jù)dat{bi=DSIO;dat=(dat>>1)|(bi<<7);SCLK=1;  // 上升沿向DS1302寫數(shù)據(jù)_nop_();SCLK=0;  // SCLK拉低為下一位傳送做準(zhǔn)備_nop_();}// 數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，將RST拉低，為下一次傳送做準(zhǔn)備RST=0;_nop_();// DS1302復(fù)位穩(wěn)定時(shí)間SCLK=1;_nop_();DSIO=0;_nop_();DSIO=1;_nop_();return dat;
}

在讀取之前需要對(duì)DS1302初始化，寫入設(shè)置的時(shí)間，然后可以讀取時(shí)間，代碼如下：

// DS1302初始化
// 1. 在對(duì)DS1302操作之前需要關(guān)閉寫保護(hù)，0x8e寫0x00
// 2. 寫入設(shè)置的時(shí)間
// 3. 打開寫保護(hù)功能
void DS1302Init()
{uchar i;DS1302Write(0x8E, 0x00);  // 關(guān)閉寫保護(hù)for(i=0;i<sizeof(WRITE_RTC_ADDR);i++)  // 設(shè)置時(shí)間{DS1302Write(WRITE_RTC_ADDR[i], TIME[i]);}DS1302Write(0x8E, 0x80);  // 打開寫保護(hù)}// 從DS1302中讀取時(shí)間信息
void DS1302ReadTime()
{uchar i;for(i=0;i<sizeof(READ_RTC_ADDR);i++){TIME[i] = DS1302Read(READ_RTC_ADDR[i]);}
}

主程序中，數(shù)據(jù)處理函數(shù)中讀取時(shí)間，并將時(shí)間處理后賦值給顯示數(shù)據(jù)的數(shù)組，如下

void DataPros()
{DS1302ReadTime();  // 首先讀取時(shí)間信息display[0]=smg[TIME[2]/16];  // 時(shí)display[1]=smg[TIME[2]&0x0f];display[2]=0x40;  // - 號(hào)display[3]=smg[TIME[1]/16];  // 分display[4]=smg[TIME[1]&0x0f]; display[5]=0x40;  // - 號(hào)display[6]=smg[TIME[0]/16];  // 秒display[7]=smg[TIME[0]&0x0f]; 
}

數(shù)碼管顯示函數(shù)與溫度傳感器使用示例中類似。主函數(shù)如下：

void main()
{DS1302Init();  // 初始化，第一次初始化后可以注釋掉while(1){DataPros();DigDisplay();}
}

第一次初始化仿真結(jié)果：

當(dāng)注釋調(diào)初始化函數(shù)時(shí)，會(huì)顯示當(dāng)前時(shí)間，如下：