【51单片机学习笔记】DS1302实时时钟程序
目录
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- 实验现象
- DS1302介绍
-
- ds1302简介
- 引脚
- 工作流程
- 寄存器
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- 控制寄存器
- 时间寄存器
- 读写与时序
-
- 写
- 读
- ds1302的GPIO
- 代码
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- ds1302.c
- main.c
- 备注
实验现象
将程序烧录到单片机中后，lcd1602显示屏将从预设时间开始进行时钟功能。
在lcd1602显示屏第一行分别显示年，月，日，星期；在第二行显示时，分，秒。
DS1302介绍
ds1302简介
DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。
DS1302 与单片机之间可以通过三根数据线进行同步串行的方式进行通信：RES，IO数据,SCLK串行时钟。实时时钟具有能计算 2100 年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。
引脚
- Vcc2 主电源
- Vcc1 备用电源
- X 32.768khz晶振引脚
- SCLK串行时钟
- I/O 数据
- CE(res) 复位引脚 - GND 接地
工作流程
- 将预设的时间以bcd码形式写入ds1302的寄存器中，单片机开启后ds1302将从这个时间开始运作
- ds1302开始运作后，寄存器里的值会自己按时间变化。不断地取出其中的值，并由bcd码转化成十进制
- 取到的十进制按一定格式打印在1602显示屏上
从工作流程可知要使ds1302运转，首先要了解ds1302中的寄存器，然后设计写入数据与读取数据函数，最后进行调用。
寄存器
控制寄存器
在对ds1302进行读写操作的时候，第一步要向ds1302发送控制命令，用于后续对应的操作。在ds1302中，有这么一种寄存器，用于存放控制命令，这样ds1302就可以根据我们发送的指令，进行对应的操作。
一个控制命令有8位，输入一个八位的命令就可以进行操作。例如想要读取秒寄存器，就需要向ds1302发送命令10000001，例如想要写秒寄存器，就需要向ds1302发送命令10000000。
详情见以下表格：
| 操作 | 命令 |
|---|---|
| 读秒寄存器 | 10000001 |
| 写秒寄存器 | 10000000 |
| 读分寄存器 | 10000011 |
| 写分寄存器 | 10000010 |
| 读小时寄存器 | 10000101 |
| 写小时寄存器 | 10000100 |
| 读日寄存器 | 10000111 |
| 写日寄存器 | 10000110 |
| 读月寄存器 | 10001001 |
| 写月寄存器 | 10001000 |
| 读星期寄存器 | 10001011 |
| 写星期寄存器 | 10001010 |
| 读年寄存器 | 10001101 |
| 写年寄存器 | 10001100 |
| 写写保护寄存器 | 10001111 |
时间寄存器
在ds1302中有着这种寄存器，用于保存时间或者其他数据。在秒，分，时，日，月，星期，年寄存器中，用bcd码保存着数据，高四位用于保存十进制的十位，低四位用于保存十进制的个位。例如想保存12月21日，就分别向日寄存器写0x21（00100001，高四位2，低四位1），向月寄存器写0x12。
秒的范围是0-59，因此对于高四位，其实用三位就足够了（最大为5,101），最高的那一位是ds1302的开关，为0时才能工作。
小时有12与24两种。最高位为0时表示24进制，此时剩下的位全是表示时间的数据；最高位为1时，表示12进制，此时A/P表示上午或者下午。
写保存寄存器的最高位WP是写入寄存器的通路的开关。当WP为0时，才可以向ds1302中写入数据。
读写与时序
写
前面提到，ds1302使用三根通信线CE，IO，SCLK。如何使用这三根线写入芯片呢？
IO用于接收一位数据，低电平为0，高电平为1。要向ds1302写数据，要做以下操作：
- 将CE至高，SCLK置低
- 将要写入的数据的最低位存入IO
- 将SCLK置高，这样产生一个上升沿，上升沿会使IO数据写入芯片，置高一段时间后置低
- 将数据右移一位（使次低位变成最低位）
- 重复2-4，直到数据写完
- 要写数据，首先要用2-5步骤写入对应的控制命令，再用相同的方法写要写的数据
- 完成命令与数据输入后，CE置低
读
与写不同，在输入了读的执行命令后，会在SCLK的下降沿将对应寄存器的值从低位开始传给IO，因此，读寄存器的操作是：
- 按照写数据的方法，将执行指令写入芯片
- 传完8位指令后，在SCLK为低电平时使用变量保存IO的状态，然后置高电平
- 循环读取八次，会读取到从低到高八位数据。将这八次得到的数据做成一个八位的变量
- 返回得到的这个八位变量（是bcd码）
ds1302的GPIO
IO,CE,SCLK分别连接着P34,35,36接口，因此要操作IO,CE,SCLK，在代码层仅需要对P34,35,36进行操作就行。
代码
ds1302.c
涉及到的操作最核心的部分是对ds1302的读与写，思路已在上文提及，读函数与写函数代码如下：
#include
#include "intrins.h"
//封装GPIO
#define CE P3_5
#define IO P3_4
#define SCLK P3_6
/*
* @brief 向ds1302芯片的寄存器写一个字节数据
* @details 提供控制指令与数据，将数据按位赋给IO，在SCLK出现上升沿的时候，
IO的值会发送给ds1302，先将控制命令用八次循环按位写入IO，经历
SCLK八次上升沿后命令送达，再用同样的方式将数据送入DS1302。
在整个期间，CE(RST)置高电平
* @param addr 写入的控制指令
* @param dat 向对应的寄存器要写的数据
* @retval 无
*/
void ds1302_write_byte(unsigned char addr,unsigned char dat){
unsigned char i;
CE = 0;
_nop_();
CE = 1;//将CE从低电平改为高电平
_nop_();
SCLK = 0;//SCLK置低电平
_nop_();
for (i = 0;i<8;i++){//输入指令
IO = addr&0x01; //取出最低位
addr = addr>>1; //右移一位，次低位变最低位
SCLK = 1; //产生上升沿，数据传入后再置低电平
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
}
for (i = 0;i<8;i++){//输入数据
IO = dat&0x01;
dat = dat>>1;
SCLK = 1;
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
}
CE = 0;
_nop_();
}
/*
* @brief 读取ds1302寄存器数据.
* @details 提供控制指令选择要读的寄存器之后，先将控制命令写入芯片，
此时sclk会完成八个上升沿，七个下降沿。
读的数据会在第八个下降沿开始返回，因此在将最后一个控制命令
的位数据写入后，置低电平时就要从IO开始读。
读到的时间数据是BCD码
* @param addr 写入的控制指令
* @retval 读出的寄存器数据
*/
unsigned char ds1302_read_byte(unsigned char addr){
unsigned char i=0,temp=0,value=0;
CE = 0;
_nop_();
CE = 1;
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
for (i = 0;i<8;i++){ //输入指令
IO = addr&0x01;
addr = addr>>1;
SCLK = 1;
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
}
for (i = 0;i<8;i++){ //下降沿读取数据
temp = IO;
/*先将 value 右移 1 位，然后 temp 左移 7 位， 最后或运算
这样可以将按低位拿到的数据变成八位数据
例如寄存器里为10001000，那么value在循环中的值是00000000,
00000000,00000000,10000000,01000000......10001000*/
value=(temp<<7)|(value>>1);
SCLK=1;
_nop_();
SCLK=0;
_nop_();
}
CE = 0;
_nop_();
/*
下面的代码在写函数里面没有，看官方教程解释也没搞明白,
删掉运行测试也没有异常...
*/
SCLK=1;
_nop_();
IO = 0;
_nop_();
IO = 1;
_nop_();
return value;
}
不仅需要读写操作的函数，还需要有调用这些函数的调用者。上文说过最开始要初始化时间，初始化后再继续不断读取。初始化的时间是以bcd码的形式保存在数组中的，得到的数据也是bcd码的形式。因此，还要写一个初始化函数，将初始值数组的值依次写入秒，分，时，日，月，星期，年寄存器；还要一个读取函数，依次读取这七个寄存器的值到数组。
代码如下：
//---DS1302 写入和读取时分秒的地址命令
//---秒分时日月周年 最低位读写位;
unsigned char gREAD_RTC_ADDR[7] = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d};
unsigned char gWRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};
//---DS1302 时钟初始化 2022 年 8 月 31 日星期三 17 点 22 分 25 秒。
//---存储顺序是秒分时日月周年,存储格式是用 BCD 码---//
unsigned char gDS1302_TIME[7] = {0x25, 0x22, 0x17, 0x31, 0x08, 0x03, 0x22};
/*
* @brief 初始化时钟时间
* @details 将时间数组保存的值用写函数写入ds1302
* @param 无
* @retval 无
*/
void ds1302_init(){
unsigned char i;
ds1302_write_byte(0x8E,0X00);//在写寄存器之前，关闭写寄存器保护
for (i = 0;i<7;i++){
ds1302_write_byte(gWRITE_RTC_ADDR[i],gDS1302_TIME[i]);
}
ds1302_write_byte(0x8E,0X80);//重新开启保护
}
/*
* @brief 将寄存器中的时间写入数组
* @details 将时间数组保存的值用写函数写入ds1302
* @param 无
* @retval 无
*/
void ds1302_read_time(void){
unsigned char i=0;
for(i=0;i<7;i++) {
gDS1302_TIME[i]=ds1302_read_byte(gREAD_RTC_ADDR[i]);
}
}
整个ds1302.c代码如下：
#include
#include "intrins.h"
//封装GPIO
#define CE P3_5
#define IO P3_4
#define SCLK P3_6
//---DS1302 写入和读取时分秒的地址命令
//---秒分时日月周年 最低位读写位;
unsigned char gREAD_RTC_ADDR[7] = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d};
unsigned char gWRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};
//---DS1302 时钟初始化 2022 年 8 月 31 日星期三 17 点 22 分 25 秒。
//---存储顺序是秒分时日月周年,存储格式是用 BCD 码---//
unsigned char gDS1302_TIME[7] = {0x25, 0x22, 0x17, 0x31, 0x08, 0x03, 0x22};
/*
* @brief 向ds1302芯片的寄存器写一个字节数据
* @details 提供控制指令与数据，将数据按位赋给IO，在SCLK出现上升沿的时候，
IO的值会发送给ds1302，先将控制命令用八次循环按位写入IO，经历
SCLK八次上升沿后命令送达，再用同样的方式将数据送入DS1302。
在整个期间，CE(RST)置高电平
* @param addr 写入的控制指令
* @param dat 向对应的寄存器要写的数据
* @retval 无
*/
void ds1302_write_byte(unsigned char addr,unsigned char dat){
unsigned char i;
CE = 0;
_nop_();
CE = 1;//将CE从低电平改为高电平
_nop_();
SCLK = 0;//SCLK置低电平
_nop_();
for (i = 0;i<8;i++){//输入指令
IO = addr&0x01; //取出最低位
addr = addr>>1; //右移一位，次低位变最低位
SCLK = 1; //产生上升沿，数据传入后再置低电平
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
}
for (i = 0;i<8;i++){//输入数据
IO = dat&0x01;
dat = dat>>1;
SCLK = 1;
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
}
CE = 0;
_nop_();
}
/*
* @brief 读取ds1302寄存器数据.
* @details 提供控制指令选择要读的寄存器之后，先将控制命令写入芯片，
此时sclk会完成八个上升沿，七个下降沿。
读的数据会在第八个下降沿开始返回，因此在将最后一个控制命令
的位数据写入后，置低电平时就要从IO开始读。
读到的时间数据是BCD码
* @param addr 写入的控制指令
* @retval 读出的寄存器数据
*/
unsigned char ds1302_read_byte(unsigned char addr){
unsigned char i=0,temp=0,value=0;
CE = 0;
_nop_();
CE = 1;
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
for (i = 0;i<8;i++){ //输入指令
IO = addr&0x01;
addr = addr>>1;
SCLK = 1;
_nop_();
SCLK = 0;
_nop_();
}
for (i = 0;i<8;i++){ //下降沿读取数据
temp = IO;
/*先将 value 右移 1 位，然后 temp 左移 7 位， 最后或运算
这样可以将按低位拿到的数据变成八位数据
例如寄存器里为10001000，那么value在循环中的值是00000000,
00000000,00000000,10000000,01000000......10001000*/
value=(temp<<7)|(value>>1);
SCLK=1;
_nop_();
SCLK=0;
_nop_();
}
CE = 0;
_nop_();
SCLK=1;
_nop_();
IO = 0;
_nop_();
IO = 1;
_nop_();
return value;
}
/*
* @brief 初始化时钟时间
* @details 将时间数组保存的值用写函数写入ds1302
* @param 无
* @retval 无
*/
void ds1302_init(){
unsigned char i;
ds1302_write_byte(0x8E,0X00);//在写寄存器之前，关闭写寄存器保护
for (i = 0;i<7;i++){
ds1302_write_byte(gWRITE_RTC_ADDR[i],gDS1302_TIME[i]);
}
ds1302_write_byte(0x8E,0X80);//重新开启保护
}
/*
* @brief 将寄存器中的时间写入数组
* @details 将时间数组保存的值用写函数写入ds1302
* @param 无
* @retval 无
*/
void ds1302_read_time(void){
unsigned char i=0;
for(i=0;i<7;i++) {
gDS1302_TIME[i]=ds1302_read_byte(gREAD_RTC_ADDR[i]);
}
}
main.c
main程序中要做的是初始化，不断读取得到bcd码形式的时间值，转换成十进制后打印在LCD1602上。代码如下：
/*
实验名称：ds1302时钟
实现现象：从起点时间开始进行实时时钟
首先将保存在数组中的bcd码形式的起始时间值发送到ds1302，然后再在主函数中不断读取
ds1302寄存器中的时间数值，ds1302会不断进行时间增长。主函数读取到实时的时间后，通过
将bcd转换成10进制后打印在lcd1602上。
*/
#include "ds1302.h"
#include "LCD1602.h"
extern unsigned char gDS1302_TIME[7];
void main(){
unsigned char time_buf[7];
unsigned char i;
ds1302_init();//初始化 DS1302
LCD_Init();//初始化1602
while(1){
ds1302_read_time();//读取时间到数组
for (i = 0 ; i< 7 ; i++){
time_buf[i]=(gDS1302_TIME[i]/16)*10+gDS1302_TIME[i]%16;//将数组中的bcd形式的值转换成10进制并保存在其他数组中
}
//打印时间
LCD_ShowNum(1,1,20,2);
LCD_ShowNum(1,3,time_buf[6],2);
LCD_ShowChar(1,5,'-');
LCD_ShowNum(1,6,time_buf[4],2);
LCD_ShowChar(1,8,'-');
LCD_ShowNum(1,9,time_buf[3],2);
LCD_ShowNum(1,15,time_buf[5],1);
LCD_ShowNum(2,1,time_buf[2],2);
LCD_ShowChar(2,3,':');
LCD_ShowNum(2,4,time_buf[1],2);
LCD_ShowChar(2,6,':');
LCD_ShowNum(2,7,time_buf[0],2);
}
}
其中lcd1602操作的相关代码并不是本人所打，是使用的网络资源因此不在此放出。
备注
本人为51单片机学习者，本文是自己学习的总结。自己水平十分有限。若有错误望请大家多多指教！
本文的代码是跟着官方教程打的，经自己测试没有问题。