实时时钟芯片DS1307单片机C语言驱动程序
实时时钟RTC相关索引
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4.实时时钟芯片DS1307单片机C语言驱动程序
一、DS1307简介
DS1307是一款非易失性实时时钟（RTC）芯片，采用IIC总线接口进行通信，可以提供秒、分、时、日、月、年等时间和日期信息。DS1307还具有控制和配置寄存器，可以通过读写这些寄存器来设置和调整时间、日期和其他功能。主要特点如下：
1.提供秒、分钟、小时、日、月、星期及年计时，带闰年补偿，有效期至2100年；
2.56字节通用RAM，写次数不受限制；
3. IIC串口通信；
4. 可编程方波输出信号；
5. 自动电源失效检测和切换电路；
6. 电池备份模式下，振荡器运行功耗低于500nA；
7. -40°C至+85°C工作温度范围；
8. 可用于8引脚DIP等封装；
DS1307的引脚如下图示意，其中X1/X2接32.768KHz的晶振， V B A T {V}_{BAT} VBAT为后备电池供电引脚，Vcc为主电源供电引脚，SCL、SDA为IIC接口引脚，SQW/OUT为方波输出引脚；
二、驱动程序
DS1307与DS1302有很多相似之处，大同小异，学会其中任何一个的使用，再学习另一个都易如反掌，我们可以在实时时钟芯片DS1302单片机C语言驱动程序的基础上，学习DS1307的驱动程序的编写，会轻松很多。DS1307的通信接口为IIC，IIC驱动程序可参考4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序。
2.1 读写时序
上图Figure4-Figure6是DS1307的读写时序，与EEPROM的操作十分类似，关于EEPROM的读写驱动程序可以参见AT24C01/AT24C02系列EEPROM芯片单片机读写驱动程序，可以更好地理解DS1307的读写。器件地址是1101000，十六进制为0x68，只有7位，最低位是读写标志位，0为写，1为读，因此我们可以认为器件地址为(0x68 << 1) = 0xD0，在读或写操作的时候，再将器件地址字节Slave Address的最低位置为1或0；
①上图Figure4类似于EEPROM的页写Page Write操作，但因为我们在读写DS1307的时候，一般只会用到对单个寄存器的读写，所以除了第一个Data(n)，后面的Data(n+1)…Data(n+x)可以不用理会，我们写完第一个数据等待应答完就发送Stop信号，结束写操作，这样就变成了EEPROM的写单个字节的操作了，操作流程如下：
发送起始信号–>发送器件地址（包含写入命令标志）–>收到应答–>发送寄存器地址–>收到应答–>发送需要写入的数据–>收到应答–>发送停止信号
②Figure5类似于EEPROM的“顺序读”Sequential Read（由“读当前地址”开始），在DS1307中较少用到，不做讨论。
③Figure6仍然是EEPROM的“顺序读”Sequential Read，但是由“任意读”开始（由“读当前地址”开始，则读取的地址是地址计数器里的地址+1，由“任意读”开始，则需要先发送一个地址），一般在读一个寄存器接收到数据后，主机不应答，直接发送STOP，这样就类似EEPROM的读单个字节（读任意地址），操作流程如下：
发送起始信号–>发送器件地址（包含写入命令标志）–>收到应答–>发送需要读取数据的寄存器地址–>收到应答–>发送起始信号–>发送器件地址（包含读取命令标志）–>收到应答–>读取数据–>不应答–>发送停止信号
#define WRITE_CMD 0x00
#define READ_CMD 0x01
#define DEV_ADDR 0xD0//器件地址，0x68<<1
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_WriteReg
* 功 能：写寄存器
* 参 数：addr：寄存器地址
data：写入的数据
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t data)
{
IIC_Start();//起始信号
IIC_WriteByte(DEV_ADDR | WRITE_CMD);//器件寻址+写
IIC_WaitAck();//等待应答
IIC_WriteByte(addr);//地址
IIC_WaitAck();//等待应答
IIC_WriteByte(data);
IIC_WaitAck();//等待应答
IIC_Stop();
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_ReadReg
* 功 能：读寄存器
* 参 数：addr：寄存器地址
* 返回值：data：读出的数据
* 说 明：无
*************** ****************************************************************/
uint8_t DS1307_ReadReg(uint8_t addr)
{
uint8_t data = 0;
IIC_Start();//起始信号
IIC_WriteByte(DEV_ADDR | WRITE_CMD);//器件寻址+写
IIC_WaitAck();//等待应答
IIC_WriteByte(addr);//地址
IIC_WaitAck();//等待应答
IIC_Start();//起始信号
IIC_WriteByte(DEV_ADDR | READ_CMD);//器件寻址+读
IIC_WaitAck();//等待应答
data = IIC_ReadByte();
IIC_NoAck();
IIC_Stop();
return data;
}
2.2 寄存器读写
DS1307的寄存器如下图所示，除地址外，大部分与DS1302的相似：
地址00H，是秒寄存器，存储方式也是8421格式的BCD码，最高位是CH位（Clock Halt），与DS1302一样，该位为1，时钟停止运行，所以必须将该位清零，器件才正常工作；
地址01H，是分钟寄存器，BCD格式存储；
地址02H，小时寄存器，BCD格式，其中12/24小时模式、AM/PM模式，与DS1302的功能一样，但有个重要区别是12/24小时模式位在bit6；当更改了12/24小时模式时，小时时间也必须重新设置；
地址03H，星期寄存器，BCD码，取值为01~07，对应的周几可由用户自定义，但必须按顺序，例如1为周一，则2为周二，而如果1为周日，则2为周一，以此类推；
地址04H，日期寄存器，BCD码；
地址05H，月份寄存器，BCD码；
地址06H，年份寄存器，BCD码；
地址07H，控制寄存器，用于控制SQW/OUT引脚的输出，该引脚可输出4种频率的方波；
其中，bit4为SQWE即输出使能（Square-Wave Enable），该位为1可在SQW/OUT引脚输出方波，方波的频率由bit1、bit0即RS1/RS0决定；当bit4为0时，不输出方波，但SQW/OUT引脚得有个确定的状态，这个高低电平的状态，与bit7位OUT一致，总结如下表：
首次上电时，00H~07H寄存器的复位值为01/01/00 01 00:00:00(MM/DD/YY DOW HH:MM:SS)；另外手册中还有如下说明：
当读取或写入时间和日期寄存器时，辅助(用户)缓冲区用于防止内部寄存器更新产生错误。当读取时间和日期寄存器时，在IIC的START信号开始时，用户缓冲区将与内部寄存器同步。时间信息是从这些用户缓存中读取的，时钟同时在继续运行。这样可以不需要在内部寄存器更新时，重新读取。每当写入秒寄存器时，分频链（DS1307内部用于分频的硬件部分）就会重置。DS1307的应答后，写入操作开始传输。一旦分频链被重置，为避免翻转问题，剩余的时间和日期寄存器必须在一秒内写入。
以上各寄存器操作相关程序如下：
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetYear
* 功 能：获取年份
* 参 数：无
* 返回值：年份，十进制
* 说 明：将BCD码转为十进制
*******************************************************************************/
uint16_t DS1307_GetYear(void)
{
uint16_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_YEAR);
return BCDToDec(temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetDay
* 功 能：获取星期几
* 参 数：无
* 返回值：星期几，十进制，1~7
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetDay(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_DAY);
return BCDToDec(temp & 0x07);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetMonth
* 功 能：获取月份
* 参 数：无
* 返回值：月份，十进制，1~12
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetMonth(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_MONTH);
return BCDToDec(temp & 0x1F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetDate
* 功 能：获取日期
* 参 数：无
* 返回值：日，十进制，1~31
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetDate(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_DATE);
return BCDToDec(temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetHour
* 功 能：获取小时
* 参 数：无
* 返回值：小时，十进制，1~12或0~23
* 说 明：返回的值需要结合小时模式及AM/PM位区分具体时间
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetHour(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);
if ((temp & 0x40) == 0x40)//12小时模式
{
return BCDToDec(temp & 0x1F);
}else//24小时模式
{
return BCDToDec(temp & 0x3F);
}
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetHourMode
* 功 能：获取小时模式
* 参 数：无
* 返回值：0,24小时模式，1,12小时模式
* 说 明：bit6
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetHourMode(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);
temp &= 0x40;
return (temp >> 6);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetHourMode
* 功 能：设置小时模式
* 参 数：mode，0,24小时模式，1,12小时模式
* 返回值：无
* 说 明：bit6，datasheet要求，更改模式时，小时必须重新初始化，
因此先读取原小时时间，再设置模式，再将小时写入寄存器
*******************************************************************************/
void DS1307_SetHourMode(uint8_t mode)
{
uint8_t hour = 0;//原时间
uint8_t temp = 0;//原模式
uint8_t reg = 0;//写入寄存器的值
temp = DS1307_GetHourMode();
if (mode != temp)//修改模式
{
reg |= ((mode & 0x01) << 6);//模式在bit6
hour = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);;//读取原寄存器的值，保存原时间
if (mode == 0)//改为24小时模式，之前是12小时模式，先判断AM/PM
{
if ((hour & 0x20) == 0x20)//bit5,1=PM
{
hour &= 0x1F;//提取0~4位的时间
hour = BCDToDec(hour);//BCD转为十进制
hour += 12;
reg |= DecToBCD(hour);//BCD
}else//AM
{
hour &= 0x1F;//提取0~4位的时间
reg |= hour;
}
}else//改为12小时模式，之前是24小时模式
{
hour &= 0x3F;
hour = BCDToDec(hour);//BCD转为十进制
if (hour > 12)//PM
{
hour -= 12;
reg |= DecToBCD(hour);//BCD
reg |= 0x20;//bit5置1
}else//AM
{
reg |= DecToBCD(hour);//BCD
reg &= 0xDF;//bit5置0
}
}
}
DS1307_WriteReg(REG_HOUR, reg);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetAMPM
* 功 能：设置AM/PM模式
* 参 数：data，0为AM上午，1为PM下午
* 返回值：无
* 说 明：小时寄存器bit5，须在12小时模式下使用
*******************************************************************************/
void DS1307_SetAMPM(uint8_t data)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);//先把原数据读出
(data == 0) ? (temp &= 0xDF) : (temp |= 0x20);
DS1307_WriteReg(REG_HOUR, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetAMPM
* 功 能：读取AM/PM模式
* 参 数：无
* 返回值：0为AM上午，1为PM下午
* 说 明：小时寄存器bit5，须在12小时模式下使用
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetAMPM(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);
return ((temp & 0x20) >> 5);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetMinute
* 功 能：获取分钟
* 参 数：无
* 返回值：分钟，十进制，0~59
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetMinute(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_MIN);
return BCDToDec(temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_GetSecond
* 功 能：获取秒
* 参 数：无
* 返回值：秒，十进制，0~59
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetSecond(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_SEC);
return BCDToDec(temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetYear
* 功 能：写入年份
* 参 数：year：年份，十进制，2000~2099
* 返回值：无
* 说 明：将十进制转为BCD码
*******************************************************************************/
void DS1307_SetYear(uint16_t year)
{
uint8_t temp = DecToBCD(year);
DS1307_WriteReg(REG_YEAR, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetDay
* 功 能：写入星期几
* 参 数：day：星期几，1~7
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetDay(uint8_t day)
{
DS1307_WriteReg(REG_DAY, day & 0x07);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetMonth
* 功 能：写入月份
* 参 数：month：月份，1~12
* 返回值：无
* 说 明：转为BCD码
*******************************************************************************/
void DS1307_SetMonth(uint8_t month)
{
uint8_t temp = DecToBCD(month);
DS1307_WriteReg(REG_MONTH, temp & 0x1F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetDate
* 功 能：写入日
* 参 数：date：日，1~31
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetDate(uint8_t date)
{
uint8_t temp = DecToBCD(date);
DS1307_WriteReg(REG_DATE, temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetHour
* 功 能：写入小时
* 参 数：hour：小时，1~12或0~23
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetHour(uint8_t hour)
{
uint8_t temp = DecToBCD(hour);
DS1307_WriteReg(REG_HOUR, temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetMinute
* 功 能：写入分钟
* 参 数：min：分钟，0~59
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetMinute(uint8_t min)
{
uint8_t temp = DecToBCD(min);
DS1307_WriteReg(REG_MIN, temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetSecond
* 功 能：写入秒
* 参 数：sec：秒，0~59
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetSecond(uint8_t sec)
{
uint8_t temp = DecToBCD(sec);
DS1307_WriteReg(REG_SEC, temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_ReadHaltFlag
* 功 能：读Halt标志
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
bool DS1307_ReadHaltFlag(void)
{
bool temp = 0;
temp = ((DS1307_ReadReg(REG_SEC) & 0x80) == 0x80) ? 1 : 0;
return temp;
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetHaltFlag
* 功 能：Halt标志置1
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：先读80寄存器，再写入CH位
*******************************************************************************/
void DS1307_SetHaltFlag(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_GetSecond();
temp |= 0x80;
DS1307_WriteReg(REG_SEC, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_ClearHaltFlag
* 功 能：Halt标志置0
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：先读80寄存器，再写入CH位，该位为0，时钟才开始工作
*******************************************************************************/
void DS1307_ClearHaltFlag(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_GetSecond();
temp &= 0x7F;
DS1307_WriteReg(REG_SEC, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SQWEnable
* 功 能：使能方波输出
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：bit4写1
*******************************************************************************/
void DS1307_SQWEnable(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
temp |= 0x10;
DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SQWDisable
* 功 能：禁止方波输出
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：bit4写0
*******************************************************************************/
void DS1307_SQWDisable(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
temp &= 0xEF;
DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_SetSqureWaveFreq
* 功 能：设置方波频率
* 参 数：rate:0,1Hz;1,4.096kHz；2,8.192kHz;3,32.768kHz
* 返回值：无
* 说 明：已经使能方波输出的情况下使用,设置RS0/RS1即bit0/bit1位
*******************************************************************************/
void DS1307_SetSqureWaveFreq(uint8_t rate)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
rate &= 0x03;
switch (rate)
{
case 0: temp &= 0xFC; break;//1Hz
case 1: temp &= 0xFD; temp |=0x01; break;//4.096kHz
case 2: temp |= 0x02; temp &=0xFE; break;//8.192kHz
case 3: temp |= 0x03; break;//32.768kHz
default: break;
}
DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_OutHigh
* 功 能：Out引脚输出高电平
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：bit7写1，在禁止方波输出的情况下使用
*******************************************************************************/
void DS1307_OutHigh(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
temp |= 0x80;
DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1307_OutLow
* 功 能：Out引脚输出低电平
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：bit7写0，在禁止方波输出的情况下使用
*******************************************************************************/
void DS1307_OutLow(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
temp &= 0x7F;
DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
2.3 时钟初始化
首次上电时，单片机开始工作，读取RAM寄存器的值，与预设的值比较，如果值不正确，则是首次配置，初始化时间，并在RAM中写入预设的值；如果值正确，则直接读取时间寄存器的值，将时间输出即可；如果有电池供电，在主电源断开时，会继续计时，RAM寄存器中的值也会保存下来；
void DS1307_Init(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1307_ReadReg(0x08);//读RAM第一字节
if (temp != 0x5A)//不正确，重新初始化
{
DS1307_SetYear(24);//24年
DS1307_SetDay(3);//星期3
DS1307_SetMonth(1);//1月
DS1307_SetDate(31);//31日
DS1307_SetHour(23);
DS1307_SetMinute(18);
DS1307_SetSecond(0);
DS1307_SetHourMode(0);//0,24小时模式,1,12小时模式
DS1307_ClearHaltFlag();//清除Halt标志
DS1307_WriteReg(0x08, 0x5A);//写入0x5A
}
}