树莓派——实时时钟模块（RTC）

1 RTC介绍

树莓派为了节约成本以及减小体积，没有板载的实时时钟（real-time clock，RTC），或者叫作硬件时钟。
在某些场合下，如果树莓派无法联网，但是它上面运行的程序又和时间紧密相关，要求系统时间是正确的，在这种情况下，我们就可以为树莓派添加一个外部的RTC，使之重启之后也能保持时间正确。
此实验以DS1302为例

2 DS1302

2.1 模块简介

DS1302模块自带一块CR2032纽扣电池，电池使用时间至少应该有一年以上。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：

• RST复位
• I/O数据线
• SCLK串行时钟
  DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

2.2 模块参数

• PCB为单面板，尺寸：44mm23mm1.6mm；
• 带4个定位孔，直径3.1mm；
• 备用电池为正品天球CR2032，电压3V，电流260mAh，非可充电电池。理论数据保持时间大于10年；
• 晶振32.768KHz，日本原装进口晶振，匹配电容为6pF，尺寸2*6mm；
• DS1302为8脚直插国产大芯片，芯片下面有IC座，方便更换及插拔芯片；
• 模块工作电压兼容3.3V/5V，可与5V及3.3V单片机连接；
• 工作温度：0°—70°。

2.3 接线

DS1302	树莓派	wiringPi引脚编号
VCC	3.3V输出	3.3V输出
GND	Ground（地）	Ground（地）
CLK	SCLK	14
DAT	SDA0	30
RST	CEO	10

2.4 寄存器简介

读寄存器地址：81h~8Dh
写寄存器地址：80h~8Ch

2.5 控制字简介

3 代码块

通过对寄存器的操作来读写时间，代码（参考wiringPi自带示例代码）如下：

#include
#include
#include
#include
#include

#include

//---------------------------------------------------

#define	RTC_SECS	 0
#define	RTC_MINS	 1
#define	RTC_HOURS	 2
#define	RTC_DATE	 3
#define	RTC_MONTH	 4
#define	RTC_DAY		 5
#define	RTC_YEAR	 6
#define	RTC_WP		 7
#define	RTC_TC		 8
#define	RTC_BM		31

static int dPin, cPin, sPin;
static unsigned int masks[] = { 0x7F, 0x7F, 0x3F, 0x3F, 0x1F, 0x07, 0xFF };
/*
	0x7F 01111111
	0x3F 00111111
	0x1F 00011111
	0x07 00000111
	0xFF 11111111
*/

//---------------------------------------------------
void ds1302Setup(const int clockPin, const int dataPin, const int csPin);
void ds1302rtcWrite(int reg, unsigned int data);
void ds1302regWrite(const int reg, const unsigned int data);
void dsShiftOut(unsigned int data);
int setLinuxClock();
void ds1302clockRead(int clockdata[8]);
int dsShiftIn();
int bcdToD(unsigned int byte, unsigned int mask);
int setDSClock();
int dToBcd(int tmp);
void ds1302clockWrite(int clock[8]);


int main(int argc, char *argv[]) {
	int i;
	int clock[8];

	wiringPiSetup();
	ds1302Setup(14, 30, 10);

	if (argc == 2) {
		if (strcmp(argv[1], "-slc") == 0) {
			return setLinuxClock();//读取DS1302内的时间来设置Linux的时间
		}
		else if (strcmp(argv[1], "-sdsc") == 0) {
			return setDSClock();//读取Linux的时间来设置DS1302的时间
		}
		/*else if (strcmp(argv[1], "-rtest") == 0) {
			return ramtest();//进行ram测试，此处因为当时觉得没必要所以没有写，具体可以参考wiringPi示例程序
		}*/
		else {
			printf("Usage: ds1302 [-slc | -sdsc | -rtest]\n");
			return EXIT_FAILURE;
		}
	}
	i = 0;
	while (true) {
		printf("%5d: ", i);
		ds1302clockRead(clock);//读取DS1302内的时间
		//由于DS1302内的数据是BCD编码，所以需要转化为十进制后才能输出
		printf(" %2d:%02d:%02d", bcdToD(clock[2], masks[2]), bcdToD(clock[1], masks[1]), bcdToD(clock[0], masks[0]));
		printf(" %2d/%02d/%04d", bcdToD(clock[3], masks[3]), bcdToD(clock[4], masks[4]), bcdToD(clock[6], masks[6]) + 2000);
		printf("\n");

		delay(200);
		i++;
	}
	return 0;
}

void ds1302Setup(const int clockPin, const int dataPin, const int csPin) {
	dPin = dataPin;//30
	cPin = clockPin;//14
	sPin = csPin;//10

	digitalWrite(dPin, LOW);
	digitalWrite(cPin, LOW);
	digitalWrite(sPin, LOW);

	pinMode(dPin, OUTPUT);
	pinMode(cPin, OUTPUT);
	pinMode(sPin, OUTPUT);

	ds1302rtcWrite(RTC_WP, 0);//关闭写保护
}

void ds1302rtcWrite(int reg, unsigned int data) {
	ds1302regWrite(0x80 | ((reg & 0x1f) << 1), data);//将reg转化为写寄存器的实际地址
}

void ds1302regWrite(const int reg, const unsigned int data) {
	digitalWrite(sPin, HIGH);
	delayMicroseconds(1);
	dsShiftOut(reg);
	dsShiftOut(data);
	digitalWrite(sPin, LOW);
	delayMicroseconds(1);
}

void dsShiftOut(unsigned int data) {
	pinMode(dPin, OUTPUT);
	for (int i = 0; i < 8; i++) {
		digitalWrite(dPin, (data&(1 << i))); delayMicroseconds(1);//LSB优先，从低位开始传输
		digitalWrite(cPin, HIGH); delayMicroseconds(1);
		digitalWrite(cPin, LOW); delayMicroseconds(1);
	}
}

int setLinuxClock() {
	char dateTime[20];
	char command[64];
	int clock[8];
	printf("Setting the Linux Clock from the DS1302... ");
	fflush(stdout);//冲洗流中的信息
	ds1302clockRead(clock);
	// [MMDDhhmm[[CC]YY][.ss]]
	// 输出格式
	sprintf(dateTime, "%02d%02d%02d%02d%02d%02d.%02d",
		bcdToD(clock[RTC_MONTH], masks[RTC_MONTH]),
		bcdToD(clock[RTC_DATE], masks[RTC_DATE]),
		bcdToD(clock[RTC_HOURS], masks[RTC_HOURS]),
		bcdToD(clock[RTC_MINS], masks[RTC_MINS]),
		20,
		bcdToD(clock[RTC_YEAR], masks[RTC_YEAR]),
		bcdToD(clock[RTC_SECS], masks[RTC_SECS]));
	sprintf(command, "/bin/date %s", dateTime);//字符串格式化
	system(command);//向Linux输出命令
	return 0;
}

void ds1302clockRead(int clockdata[8]) {
	int i;
	unsigned int regVal = 0x81 | ((RTC_BM & 0x1F) << 1);
	digitalWrite(sPin, HIGH); delayMicroseconds(1);
	dsShiftOut(regVal);//控制字
	for (i = 0; i < 8; i++) {
		clockdata[i] = dsShiftIn();//读取时钟数据
		//printf("%d %d\n", i, clockdata[i]);
	}
	digitalWrite(sPin, LOW); delayMicroseconds(1);
}

int dsShiftIn() {
	uint8_t value = 0;
	pinMode(dPin, INPUT);
	delayMicroseconds(1);
	for (int i = 0; i < 8; i++) {
		value |= (digitalRead(dPin) << i);
		digitalWrite(cPin, HIGH); delayMicroseconds(1);
		digitalWrite(cPin, LOW); delayMicroseconds(1);
	}
	return value;
}

int bcdToD(unsigned int byte, unsigned int mask) {
	byte &= mask;
	int b1 = (byte & 0xF0) >> 4;//取高四位作为十进制的十位数
	int b2 = byte & 0x0F;//取低四位作为十进制的个位数
	return b1 * 10 + b2;
}

int setDSClock() {
	struct tm t;//Linux时间结构体
	time_t now;
	int clock[8];
	printf("Setting the clock in the DS1302 from Linux time... ");
	now = time(NULL);//取得当前时间UTC秒数，无时区转换
	gmtime_r(&now, &t);//获取当前时间结构，UTC时间，无时区转换
	//DS1302内数据采用BCD编码，故需转化
	clock[0] = dToBcd(t.tm_sec);		// seconds
	clock[1] = dToBcd(t.tm_min);		// mins
	clock[2] = dToBcd(t.tm_hour);		// hours
	clock[3] = dToBcd(t.tm_mday);		// date
	clock[4] = dToBcd(t.tm_mon + 1);	// months 0-11 --> 1-12
	clock[5] = dToBcd(t.tm_wday + 1);	// weekdays (sun 0)
	clock[6] = dToBcd(t.tm_year - 100);	// years
	clock[7] = 0;						// W-Protect off

	ds1302clockWrite(clock);

	printf("OK\n");
	return 0;
}

int dToBcd(int tmp) {
	return ((tmp / 10) << 4) + tmp % 10;
}

void ds1302clockWrite(int clock[8]) {
	unsigned int regVal = 0x80 | ((RTC_BM & 0x1f) << 1);
	digitalWrite(sPin, HIGH); delayMicroseconds(1);
	dsShiftOut(regVal);
	for (int i = 0; i < 8; i++) {
		dsShiftOut(clock[i]);
	}
	digitalWrite(sPin, LOW); delayMicroseconds(1);
}

4 注意之处

• 如果要使用wiringPi自带的那个示例程序ds1302.c文件，编译命令可用：
  gcc -Wall -o ds1302 ds1302.c -lwiringPi -lwiringPiDev
  -o 表示自命名生成的文件
  -l 表示需要连接到哪些库
• ds1302内的数据是用BCD编码的，读取和存储都需要先进行转化
• ds1302是LSB优先的
• 以上博客有什么问题，请在评论区联系博主