DS1302实时时钟芯片完整使用介绍(配合51单片机)

DS1302是一款由美国DALLAS Semiconductor公司（现已被Maxim Integrated公司收购）设计的高性能、低功耗的实时时钟集成电路。这款芯片因其简单易用的接口和丰富的功能，在嵌入式系统、消费电子、工业控制等多个领域得到广泛应用。

原理图

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寄存器

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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

时序图

(1). 读数据时序

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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。

/*
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

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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。

/*
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
}

以下是DS1302的主要特性和工作原理的详细介绍：

主要特性

  1. 时间与日期功能：DS1302能够提供精确的时钟/日历功能，包括年、月、日、周、时、分、秒的计时，并具有闰年补偿功能，有效至2100年。

  2. 低功耗设计：适合电池供电的系统，工作电压范围宽泛，为2.5V至5.5V，且在待机模式下功耗极低。

  3. 三线串行接口：通过简单的三线接口（SCLK、I/O、RST）与微控制器通信，支持同步串行数据传输，可进行读取和写入操作。

  4. 内置RAM：包含31字节的静态随机存取存储器（SRAM），可用于存储与时间无关的用户数据。

  5. 涓流充电能力：具有为备用电源（如电池）提供涓流充电的能力，并且涓流充电功能可以根据需求开启或关闭。

  6. 自动调整功能：能够自动处理不同月份的天数差异，包括闰年的2月29日调整。

  7. 时钟模式选择：支持12小时和24小时两种时间显示模式，具备AM/PM指示。

  8. 工作温度范围：一般适用于-40°C至+85°C的工作温度范围，适合多种环境应用。

工作原理

  • 初始化与通信：在与DS1302进行通信前，需要通过复位引脚（RST）发送一个高电平脉冲以初始化时钟芯片，之后通过串行时钟线（SCLK）和双向数据线（I/O）进行数据的读写操作。数据传输采用先写地址后读写数据的方式。

  • 读取时间数据：微控制器通过发送适当的命令序列，可以读取DS1302内部的时钟数据和RAM数据。时间数据以BCD码（二进制编码的十进制数）形式存储。

  • 设置时间与日期：同样，通过特定的命令序列，可以向DS1302写入新的时间或日期数据，以调整时钟。

  • 电源管理：DS1302设计有主电源（Vcc）和备用电源（Vbat）引脚，当主电源掉电时，芯片会自动切换到备用电源，保证时钟继续运行。

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;
}

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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