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51单片机入门:DS1302时钟

51单片机内部含有晶振,可以实现定时/计数功能。但是其缺点有:精度往往不高、不能掉电使用等。 我们可以通过DS1302时钟芯片来解决以上的缺点。


DS1302时钟芯片

功能:DS1302是一种低功耗实时时钟芯片,内部有自动的计时功能,其范围包括:年、月、日、时、分、秒、星期。(且每个月的天数和闰年的天数可以内部自动调整)。

结构以及引脚定义

常见的DS1302时钟芯片有DIP(直插式)和SO(表贴式)两种封装 。

引脚定义
引脚名称功能
X1、X2DS1302外部晶振引脚,通常接32.768K晶振
VCC1备用电源,在主电源使用时可被充电
VCC2主电源供应管脚(与单片机共用一个电源)
GND电源地
CE使能端,也是复位引脚,在进行读写时CE要保持高电平
I/O串行数据输入或输出
SCLK串行时钟

通常通过单片机直接与CE、I/O、SCLK这3个引脚相连,控制其高低电平,进而控制DS1302时钟芯片。

DS1302电路图

其中,C2和C3为旁路电容,目的是消除晶振起振时产生的电感干扰。对于此电路,没有接入备用电池,可自行将外部备用电源接入VCC1。


 DS1302内部寄存器

控制寄存器

功能:通过给控制寄存器数据,来决定:进入年月日等具体哪一个寄存器、进行读/写操作。

 上图为控制寄存器样式。

最高位一直为1;

第6位:1表示RAM,寻址内部存储器;0为CK,寻址内部寄存器。

第5位~第1位:为年月日等日历寄存器的地址。

最低位:1表示下一步操作为“读”;0表示下一步操作为“写”。

日历/时钟寄存器

上图为年月日等相关寄存器的地址(绿框内)、功能等。以下对其进行详细说明:

相关寄存器的位说明
寄存器名称取值范围D7D6D5D4D3D2D1D0
秒寄存器00~59CH秒的十位秒的个位
分寄存器00~590分的十位分的个位
小时寄存器

1~12或

00~23

12小时制/

24小时制

0AM/PMHour小时的个位
日寄存器01~3100日的十位日的个位
月寄存器01~120001或0月的个位
星期寄存器01~070000星期几
年寄存器01~9920XX年的十位年的个位
写保护寄存器WP0000000

需特别注意以下部分:

秒寄存器:CH为DS1302的运行标志,当CH=0时,DS1302内部才能工作;当CH=1时,DS1302停止工作。

写保护寄存器:当WP为1时,DS1302只读不写。所以进行写操作时要确保WP为0。


 DS1302初始时间设置

举个例子,如果想将2024.05.04—周7—23:59:49这个时间写入DS1302内部,具体操作如下:

1、对0x8E地址操作,关闭写保护;

2、对秒寄存器0x80操作,写入0x49;

3、对分寄存器0x82操作,写入0x59;

4、对时寄存器0x84操作,写入0x23;

......以此类推,最后对0x8E地址操作,打开写保护。

BCD码

BCD码:用4位二进制数来表示1位十进制数。

例如:0001 0011表示13、1000 0101表示85、0001 1010不合法。

日历/时钟寄存器内部都是以BCD码来存放数据。因此要设置DS1302的时间,要写入BCD码格式。同时读取数据时,读到的也是BCD码,使用时需转换为对应十进制。

0000050101
1000160110
2001070111
3001181000
4010091001

 转换公式:

读写时序

前面提到:单片机与DS1302相连的线有3根,分别为:CE、SCLK和I/O引脚;如何通过这3根线进行数据写入和读出呢?

CE:初始化使其为低电平,在整个读写过程中,要保持高电平;一次读写操作完毕后,再回到低电平。

//  功能:DS1302初始化
void DS1302_Init(){DS1302_CE=0;    //使能端置0DS1302_SCLK=0;  //时钟脉冲置0
}

单字节写入:(先关闭写保护)当CE为高电平时,通过单片机控制SCLK产生脉冲,每一个上升沿,I/O线的数据就进入控制寄存器;当控制寄存器配置完成后,紧接着的I/O线数据会在上升沿时进入对应地址的寄存器。

/***@breaf DS1302单字节写入函数*@param command:写入命令字,包含要写入寄存器的地址;*@param Data:将要写入的数据内容;*@retval 无*/
void  DS1302_WriteBety(unsigned char command,Data)
{unsigned char i;DS1302_CE=1;//使能位置高电平;//设置控制寄存器for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入{DS1302_IO=command&(0x01<<i);DS1302_SCLK=1;  //给一个上升沿DS1302_SCLK=0;}//设置相关年月日寄存器for(i=0;i<8;i++)//数据写入{DS1302_IO=Data&(0x01<<i);DS1302_SCLK=1;DS1302_SCLK=0;}DS1302_CE=0;	
}

单字节读出:当CE为高电平时,通过单片机控制SCLK产生脉冲,每一个上升沿,I/O线的数据就进入控制寄存器;当控制寄存器配置完成后,紧接着对应地址的寄存器数据会在下降沿时进入I/O线。

/***@breaf  DS1302单字节读出函数*@param command:写入控制指令的指令,包含要读出寄存器的地址;*@retval Data:读出的数据;*/
unsigned char   DS1302_ReadBety(unsigned char command)
{unsigned i,Data=0X00;command|=0X01;//写入指令与读出指令只在最后一位相差1,故在此利用或运算消除;DS1302_CE=1;//使能位置高电平;for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入{DS1302_IO=command&(0x01<<i);DS1302_SCLK=0;	DS1302_SCLK=1;}DS1302_IO=0;for(i=0;i<8;i++)//数据读出{DS1302_SCLK=1;DS1302_SCLK=0;			if(DS1302_IO)  {Data |=(0X01<<i);}}DS1302_CE=0;return Data;
}

注意数据输入从低位开始。


代码设计

main.c

#include <REGX52.H>
#include "lcd1602.h"//包含LCD1602头文件
#include "DS1302.h"//包含DS1302头文件
void main ()//定义主函数
{LCD_Init();	//LCD1602初始化DS1302_Init();//DS1302初始化LCD_ShowString(1,1,"  -  -  ");//设置年月日格式LCD_ShowString(2,1,"  :  :  ");//设置时分秒格式DS1302_SetTime();//设置时间,通过数组进行设置while(1){DS1302_ReadTime();//读取内部时间LCD_ShowNum(1,1,DS1302_Time[0],2);//显示年LCD_ShowNum(1,4,DS1302_Time[1],2);//显示月LCD_ShowNum(1,7,DS1302_Time[2],2);//显示日LCD_ShowNum(2,1,DS1302_Time[3],2);//显示时LCD_ShowNum(2,4,DS1302_Time[4],2);//显示分LCD_ShowNum(2,7,DS1302_Time[5],2);//显示秒LCD_ShowNum(2,13,DS1302_Time[6], 1);//显示星期}
}

DS1302.c

#include <REGX52.H>//引脚定义;
sbit  DS1302_SCLK=P3^6;
sbit  DS1302_IO=P3^4;
sbit  DS1302_CE=P3^5;//对应寄存器位置定义
#define  DS1302_SECOND		0X80
#define  DS1302_MINUTE  	0X82
#define  DS1302_HOUR		0X84
#define  DS1302_DATE        0X86
#define  DS1302_MONTH		0X88
#define  DS1302_DAY         0X8A
#define  DS1302_YEAR        0X8C
#define  DS1302_WP          0X8E //定义数组,用于存放设定的时间,年月日时分秒星期
unsigned char DS1302_Time[]={23,10, 28,19,00,59,6};//顺序:年月日时分秒星期
/***@breaf DS1302初始化*@param无*@retval无*/
void  DS1302_Init()
{DS1302_CE=0;//将使能位置0,低电平;DS1302_SCLK=0;//将时钟位置0,低电平;
}/***@breaf DS1302单字节写入函数*@param command:写入控制指令的指令,包含要写入寄存器的地址;*@param Data:将要写入的数据内容;*@retval 无*/
void  DS1302_WriteBety(unsigned char command,Data)
{unsigned char i;DS1302_CE=1;//使能位置高电平;for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入{DS1302_IO=command&(0x01<<i);//相当于把第1--7位置0,只留第0位,如果第0位是0,则为0;反之则为1;DS1302_SCLK=1;DS1302_SCLK=0;}for(i=0;i<8;i++)//数据写入{DS1302_IO=Data&(0x01<<i);//相当于把第1--7位置0,只留第0位,如果第0位是0,则为0;反之则为1;DS1302_SCLK=1;DS1302_SCLK=0;}DS1302_CE=0;	
}/***@breaf  DS1302单字节读出函数*@param command:写入控制指令的指令,包含要读出寄存器的地址;*@retval Data:读出的数据;*/
unsigned char   DS1302_ReadBety(unsigned char command)
{unsigned i,Data=0X00;command|=0X01;//写入指令与读出指令只在最后一位相差1,故在此利用或运算消除;DS1302_CE=1;//使能位置高电平;for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入{DS1302_IO=command&(0x01<<i);//相当于把第1--7位置0,只留第0位,如果第0位是0,则为0;反之则为1;DS1302_SCLK=0;	DS1302_SCLK=1;}DS1302_IO=0;for(i=0;i<8;i++)//数据读出{DS1302_SCLK=1;DS1302_SCLK=0;			if(DS1302_IO)  {Data |=(0X01<<i);}}DS1302_CE=0;return Data;
}/***@breaf 向DS1302内设定时间*@param无*@retval无*/
void DS1302_SetTime()
{DS1302_WriteBety(DS1302_WP,0x00);//操作 DS1302 之前,关闭写保护,不然指令无法进入控制寄存器;DS1302_WriteBety(DS1302_YEAR, DS1302_Time[0]/10*16+DS1302_Time[0]%10);//写入年,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety(DS1302_MONTH, DS1302_Time[1]/10*16+DS1302_Time[1]%10);//写入月,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety(DS1302_DATE, DS1302_Time[2]/10*16+DS1302_Time[2]%10);//写入日,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety(DS1302_HOUR, DS1302_Time[3]/10*16+DS1302_Time[3]%10);//写入时,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety(DS1302_MINUTE, DS1302_Time[4]/10*16+DS1302_Time[4]%10);//写入分,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety(DS1302_SECOND, DS1302_Time[5]/10*16+DS1302_Time[5]%10);//写入秒,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety(DS1302_DAY, DS1302_Time[6]/10*16+DS1302_Time[6]%10);//写入星期,并将10进制转化BCD码;DS1302_WriteBety( DS1302_WP,0x80);//写入结束,开启写保护;
}/**
*@breaf 读取DS1302内时间
*@param无
*@retval无
*/
void DS1302_ReadTime()	
{unsigned char Temp;//定义变量,用于暂时存储BCD码Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_YEAR);//读取年BCD码;DS1302_Time[0]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_MONTH);//读取月BCD码;DS1302_Time[1]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_DATE);//读取日BCD码;DS1302_Time[2]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_HOUR);//读取小时BCD码;DS1302_Time[3]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_MINUTE);//读取分钟BCD码;DS1302_Time[4]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_SECOND);//读取秒BCD码;DS1302_Time[5]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_DAY);//读取星期BCD码;DS1302_Time[6]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制;
}

DS1302.h

#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__extern unsigned char DS1302_Time[];//声明设置时间的数组
void  DS1302_Init();//声明初始化函数
void  DS1302_WriteBety(unsigned char command,Data);//声明时间写入函数
unsigned char   DS1302_ReadBety(unsigned char command);//声明时间读出函数
void DS1302_SetTime();//声明设置内部时间函数
void DS1302_ReadTime();//声明读取内部时间函数#endif

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