51单片机学习笔记-8 DS1302实时时钟
8 DS1302实时时钟
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注：笔记主要参考B站江科大自化协教学视频“51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门”。
注：工程及代码文件放在了本人的Github仓库。
8.1 芯片介绍：DS1302
RTC(Real Time Clock)实时时钟，是一种集成电路，通常称为时钟芯片。常见的时钟芯片有DS1302，是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。本节的关键在于DS1302的时序。
图8-1 DS1302实物图
那为什么不使用单片机上的定时器来驱动实时时钟呢？
- CPU内的定时器精度不高。
- 使用定时器会占用CPU的内部资源。
- 单片机定时器掉电不能继续工作。
图8-2 DS1302原理图
芯片引脚说明：
CE：输入，芯片使能引脚。
SCLK：输入，串行接口时钟。
I/O：双向，输入输出的串行数据，SCLK上升沿触发。
基本逻辑是利用下面的寄存器地址说明（图8-4），写入的时候按需更改相应的秒数，读出的时候则依次进行读出。前八位是读写的选择和读写的地址，后八位才是具体要进行读写的数据，且先传输低位。前八位也被称为命令字，最高位写保护，控制能否串行写入（1/0），但一直可以读；R/C选择是RAM数据/时钟数据（1/0）；A4~A0则为5位寄存器地址；R/W位则控制读写（1/0）。下面则给出了DS1602的读/写传输时序、寄存器操作地址：
图8-3 DS1302数据传输时序
图8-4 RTC相关寄存器
注：左侧的八位是直接给出了命令字。
值得注意的是，上面寄存器所显示的数据，都采用BCD码（Binary Coded Decimal）进行编码：
- 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）- CH位：时停控制位，写入此位为高电平，则时钟暂停。
- 12/24位：设置12小时/24小时模式位。12小时模式，BIT5表示AM/PM，BIT4表示十位；24小时模式，[BIT5,BIT4]表示十位。
- 关于星期：注意这个星期不是实际的星期，而是“处理日”，所以需要用户指定初始的星期偏置。
8.2 实验：DS1302时钟显示
需求：在LCD显示屏第一行显示日期“年-月-日”，第二行显示时间“时-分-秒”，24小时制。
图8-5 “实时时钟”代码调用关系
代码展示：
- main.c
#include - DS1302.h
#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__
void DS1302_Init(void);//初始化DS1302
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char read_comd);//从DS1302中读出数据
void DS1302_WriteByte(unsigned char wri_comd,wri_byte);//向DS1302中写入数据
void DS1302_ReadAll(unsigned char *info);//读出所有信息
#endif
- DS1302.c
#include - LCD1602.h：增加了星期显示函数“LCD1602_ShowDay”，可以方便的将数字转换成三位的英文缩写。
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowDay(unsigned char Line,Column,day);//将数字星期还原成3位英文缩写，并显示
#endif
- LCD1602.c
#include 编程感想：
- 注意 单片机复位后引脚默认为1，所以DS1302的控制引脚都需要初始化。
- 若读出的数字不动，则有可能是芯片处于写保护状态；若读出的数字乱跳，需要注意读状态结束后，需要手动将IO线归零。
8.3 实验：可调时钟
需求：在上面8.2实验的基础上，增加可调整日期和时间的功能。
- 按键K1用于切换显示模式/调节模式。
- 按键K2用于切换所需要调节的位（年/月/日/时/分/秒），切换到哪个哪个就闪烁。
- 按键K3增加计数，按键K4减少计数，秒只能归到0或30秒。这个地方注意不能违背闰月28天等常识。
上一节实验没有考虑星期显示的问题，本节首先改进。进过反复的测试，发现表示“星期”的字节有这样奇怪的属性：每次芯片掉电重启后自动归1；但如果不掉电，则会在23:59:59后随时间一起加1，但是芯片本身不会根据日期自动生成“星期”。所以每次对日期进行重写后，也要对“星期”进行重写使其变成1，于是芯片给出的“星期”的物理意义就变成了 “从最近一次设定时间到现在经历的天数（星期表示）”，即“处理日”。所以，还需要再添加一个存储“星期偏置”的常量，将其与“处理日”相结合便可以得到正确的星期。
另外本节实验，使用软件演示来完成按键检测；使用定时器延时来完成修改时间参数时的闪烁状态。
图8-6 “可调时钟”代码调用关系
代码展示：
- mian.c
#include - DS1302.h
#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__
void DS1302_Init(void);//初始化DS1302
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char read_comd);//从DS1302中读出数据
void DS1302_WriteByte(unsigned char wri_comd,wri_byte);//向DS1302中写入数据
void DS1302_ReadAll(unsigned char *info);//读出所有信息
void DS1302_SetAll(unsigned char *info);//写入所有信息
#endif
- DS1302.c
#include - LCD1602.h
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowDay(unsigned char Line,Column,day);//将数字星期还原成3位英文缩写，并显示
#endif
- LCD1602.c
#include - PushKey.h
#ifndef __PUSHKEY_H__
#define __PUSHKEY_H__
#include "Delay.h"
/**
* @brief :检测按下了哪个按键开关
* @param :无
* @retval :输出按键开关编号1~4，不按返回0，松开触发
*/
unsigned char PushKey(){
unsigned char key = 0;
if(!P3_1){Delay(10);while(!P3_1);Delay(10);key=1;}
else if(!P3_0){Delay(10);while(!P3_0);Delay(10);key=2;}
else if(!P3_2){Delay(10);while(!P3_2);Delay(10);key=3;}
else if(!P3_3){Delay(10);while(!P3_3);Delay(10);key=4;}
return key;
}
#endif
- Timer0.h
#ifndef __TIMER0_H__
#define __TIMER0_H__
#include - Delay.h
#ifndef __DEALY_H_
#define __DEALY_H_
// 延时cycles ms，晶振@11.0592MHz
void Delay(unsigned char cycles){
unsigned char i, j;
do{
i = 2;
j = 199;
do{
while (--j);
}while (--i);
}while(--cycles);
}
#endif
编程感想：
- 天坑：每次复位后，“星期”的显示都归成1，意思为“处理日”，不是实际的星期。
- 缺陷：由于按键检测使用
while循环等待按键松开，所以按键不松手的时候时钟显示会“暂停”（但是不影响DS1302继续计数），只有松手后，画面才会继续显示。后续会使用定时器来检测按键的上升沿，可以改善这个问题。- 已解决错误：实测的时候，上电后第一次调整“星期”经常会出现自动加1，后需调整则不会出现这样的错误。
- 后续“蜂鸣器播放提示音”实验发现，原来是开关按键3过于灵敏，有时会自动检测到“按下”。TMD，还以为是我程序有问题，苦思冥想半天没结果，当时好伤心。