【mcuclub】时钟模块DS1302

一、实物图

 

二、原理图

电路图中一些电阻电容作用：

VCC2引脚的电容主要用于滤波，而串联一个电阻可以有效防止电源对芯片的冲击。

晶振两端的电容主要用于起振的，如果不接，会导致时间快几秒，但是时间的精确性主要取决于晶振频率。

VCC1接的是一个纽扣电池，当VCC2的电源断电时，VCC1给芯片供电，这样时钟就会继续运行。

三个上拉电阻作用：

DS1302的数据脚（I/O）是双向的，如果只用单片机弱上拉，双向通讯不成功，可能是因为弱上拉时端口电平翻转慢，造成读数不准。

CE脚和SCLK脚是单向的，可以不用接上拉电阻，单片机弱上拉是可以的。

晶振为什么选取32.768kHz：

时钟系统中，秒是一个重要的时间单位，1秒正是1Hz，如果要提高时间精度，那这个1Hz必须要准确。我们知道，在数字世界里，只有0和1两种可能，下面看一个计算:2^15 = 32768 = 32.768K

2的15次方正好等于32768，反过来讲，如果要把32.768K的时钟频率经过15次分频的话，得到的频率正好是1Hz。所以时钟芯片内部经过15次分频就得到了1Hz，即1s。

三、简介

DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.0V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

四、内部框图

 

五、通信协议

DS1302的通信是SPI的变异种类，它用了 SPI 的通信时序，但是通信的时候没有完全按照 SPI 的规则来。SPI接口是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件，其接口包括以下四种信号：

1、MOSI – 主器件数据输出，从器件数据输入

2、MISO – 主器件数据输入，从器件数据输出

3、SCLK – 时钟信号，由主器件产生

4、/CS – 从器件使能信号,由主器件控制

而DS1302是三种信号，其中I/O替代了MOSI和MISO，利用1根数据线进行数据输入和输出。

六、寄存器地址定义

 

该寄存器显示了时钟的地址信息，操作时往对应的地址写入值就行，也就是说如果想写入秒，往对应的寄存器写入0x80；表示小时的地址的第7位可选为12小时制还是24小时制，WP是写保护位

时钟暂停标志（CH）：

秒寄存器的位7被定义为时钟暂停标志，当此位置1时，时钟振荡器暂停，DS1302进入漏电流小于100nA的低功耗备用模式；当此为置0时时钟开始，初始加电状态未定义。

写保护位（WP）：

控制寄存器的位7是写保护位，前7位(位0至位6被强制为0且读取时总是读0，在任何对时钟或RAM的写操作以前，位7必须为0；当为高时，写保护位禁止任何寄存器的写操作，初始加电状态未定义；因此，在试图写器件之前应该清除WP位。

命令字：

命令字启动每一次数据传输时需要配置，第7位固定为1，如果是0则禁止对DS1302的写入，第6位写1则是读取或写入RAM区，写0则读取或写入时钟，第1~5位是地址，即要操作的地址，秒的地址是从0开始；第0位置1是read，对地址进行读取，置0是write，对地址进行写入

例如要读取月信息，则往命令字寄存器写0x89，如要写入月信息，则往命令字寄存器写0x88，对应了RTC左边的地址。

七、时序解析

 

CE输入驱动高启动所有的数据传输。CE输入有两个功能。首先，CE打开控制逻辑，允许访问的移位寄存器的地址/命令序列。其次，CE提供了一个终止单字节或多字节数据传输方法。

一个时钟周期是由一个下降沿之后的上升沿序列。对于数据传输而言，数据必须在有效的时钟的上升沿输入，在时钟的下降沿输出。如果CE为低，数据传输终止。

对于数据输入︰

开始的8个SCLK周期，输入写命令字节，数据字节在后8个SCLK周期的上升沿输入。数据输入位0开始。

代码如下：

void Ds1302_Write_Byte(uchar addr, uchar dat)

{

   uchar i;

   DS1302_CE = 1;                        //启动DS1302总线

   //写入目标地址：addr

   addr = addr & 0xFE;                 //最低位置0，寄存器0位为0时写，为1时读

   for(i = 0; i < 8; i++)

   {

      DS1302_IO = addr & (0x01 << i);

      DS1302_SCLK = 1;

      DS1302_SCLK = 0;

   }

   //写入数据：dat

   for(i = 0; i < 8; i++)

   {

      DS1302_IO = dat & (0x01 << i);

      DS1302_SCLK = 1;

      DS1302_SCLK = 0;

   }

   DS1302_CE = 0;                        //停止DS1302总线

}

对于数据输出︰

开始的8个SCLK周期，输入一个读命令字节，数据字节在后8个SCLK周期的下降沿输出。注意，第一个数据字节的第一个下降沿发生后，命令字的最后一位被写入。当CE仍为高时。如果还有额外的SCLK周期，DS1302将重新发送数据字节，这使DS1302具有连续突发读取的能力。

代码如下：

uchar Ds1302_Read_Byte(uchar addr)

{

   uchar i,dat = 0x00;

   DS1302_CE = 1;                        //启动DS1302总线

   //写入目标地址：addr

   addr = addr | 0x01;                 //最低位置1，寄存器0位为0时写，为1时读

   for(i = 0; i < 8; i++)

   {

      DS1302_IO = addr & (0x01 << i);

      DS1302_SCLK = 0;

      DS1302_SCLK = 1;

   }

   //输出数据：dat

   for(i = 0; i < 8; i++)

   {

      DS1302_SCLK = 1;

      DS1302_SCLK = 0;

      if(DS1302_IO)

       dat |= (0x01 << i);

   }

   DS1302_CE = 0;                        //停止DS1302总线

   DS1302_IO = 0;                        //读取后将IO设置为0，否则读出的数据会出错

   return dat;

}

八、BCD码

BCD码（Binary Coded Decimal‎），用4位二进制数来表示1位十进制数

例：0001 0011表示13，1000 0101表示85，0001 1010不合法

在十六进制中的体现：0x13表示13，0x85表示85，0x1A不合法

BCD码转十进制：DEC=BCD/16 * 10+BCD%16; （2位BCD）

十进制转BCD码：BCD=DEC/10 * 16+DEC%10; （2位BCD）

因为时钟芯片内存放的是BCD码，所以直接读取出来的话会不准确，要转为十进制来显示。

九、流程设计

首先初始化引脚，然后初始化DS1302，设置CE为高，设置是读操作还是写操作，然后写入8位目标地址，接下来如果是写操作，则写入数据，如果是读操作，则读取数据，最后设置CE为低，结束操作。