第三节-实时时钟DS1302的原理与应用

在许多的单片机系统中，通常进行一些与时间有关的控制，这就需要使用实时时钟。例如在测量控制系统中，特别是长时间无人值守的测控系统中，经常需要记录某些具有特殊意义的数据及其出现的时间。在系统中采用实时时钟芯片能很好的解决这个问题。4.3实时时钟DS1302的原理与应用实时时钟(RTC)是一个由晶体控制精度的,向主系统提供BCD码表示的时间和日期的器件。主系统与RTC间的通信可通过并行口也可通过串行口，并行器件速度快但需较大的底板空间和较昂贵，串行器件体积较小且价格也相对便宜。读者在学完本节后，应能完成相关的电路设计，并掌握如下知识点：(1)掌握时钟芯片DS1302的原理、特性及选择；(2)51单片机和时钟芯片DS1302的接口电路设计；(3)掌握时钟芯片DS1302的C51程序设计。4.3.1DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。VCC1VCC2RETSCLKI/OX1X2DS13023281576GND4图4-3-1DS1302的实物图及引脚排列图4-3-1示出DS1302的实物图及引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器,其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，SCLK始终是输入端。4.3.2DS1302的寄存器和控制命令对DS1302的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302内部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历和时钟有关，存放的数据位为BCD码形式。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器以外的寄存器，日历、时钟寄存器及其控制字如下表4-3-1所示，DS1302内部主要寄存器功能如下表4-3-2所示。表4-3-1日历、时钟寄存器及其控制字对照表寄存器名称765432101RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W秒寄存器10000001/0分寄存器10000011/0时寄存器10000101/0日寄存器10000111/0月寄存器10001001/0周寄存器10001011/0年寄存器10001101/0写保护寄存器10001111/0慢充电寄存器10010001/0时钟突发秒寄存器10111111/0表4-3-2DS1302内部主要寄存器功能表名称命令字取值范围各位内容写读76543210秒寄存器80H81H00-59CH10SECSEC分寄存器82H83H00-59010MINMIN时寄存器84H85H1-12或0-2312/240A/PHRHR日寄存器86H87H1-28,29,30,310010DATEDATE月寄存器88H89H1-1200010MMONTH周寄存器8AH8BH1-700000DAY年寄存器8CH8DH0-9910YEARYEAR其中CH：时钟停止位；为0时振荡器工作；为1时振荡器停止；AP=1时为下午模式，为0时上午模式；DS1302的控制字节说明如下：1．DS1302的控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中：位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址：最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。2．在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7。4.3.3DS1302的读写时序不仅要向寄存器写入控制字。还需要读取相应寄存器的数据。4.3.3DS1302的读写时序要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字见6.5.4节内容。控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0。则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1(A4～A0)：指示操作单元的地址；位0(最低有效位)：如为0。表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位(0位)开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据。读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如下图4-3-3所示。具体操作见驱动程序。图43-3-3DS1302数据读写时序图4.3.4DS1302应用利用DS1302时钟芯片可以设计一个比较完整的电子日历，本案例可以利用六个数码管显示从DS1302读取的当前时间，时间显示的格式：“时分秒”。一、电路原理电路采用6为数码管显示，电子表电路连接一样，这里不再画出。DS1302的SCL接P11，IO端口接P12，复位端接P13，DS1302的X1和X2接32768赫兹的标准时钟晶振。DS1302和单片机连接示意图如下图4-3-4所示图4-3-4DS1302和单片机连接示意图VCC1VCC2RETSCLKI/OX1X2P1.3P1.1P1.2+VCC32768HzDS1302P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.62345678P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8RESETXTAL2XTAL1EAALEPSEN39383736353433323130292827262524232221P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1011121314151617P1.7119189C130PC230PCY12MHzR11KC310μICSTC89C51VCCP1.1P1.2P1.33281576二、程序清单此程序的结构和上述单闹钟程序结构一样，对功能进行了加强和扩展，部分程序进行了优化。其中，DS1302驱动程序包含在主程序中。/******************************************************///读取DS1302的时间，然后通过数码管显示/******************************************************/#includereg51.h#defineucharunsignedcharuchardot,time1[6],flash;unsignedinttt;codeseven_tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};codebit_select[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf};//定义引脚连接sbitrtc_clk=P1^1;sbitrtc_data=P1^2;sbitrtc_rst=P1^3;sbita0=ACC^0;sbita7=ACC^7;voidwrite_rtc(uchardate)//写一字节{uchari;ACC=date;for(i=8;i0;i--){rtc_data=a0;rtc_clk=1;rtc_clk=0;ACC=ACC1;}}ucharread_rtc()//读一字节{uchari;for(i=8;i0;i--){ACC=ACC1;a7=rtc_data;rtc_clk=1;rtc_clk=0;}return(ACC);}//写1302数据voidwrite1302(ucharaddress,uchardate){rtc_rst=0;rtc_clk=0;rtc_rst=1;write_rtc(address);write_rtc(date);rtc_clk=1;rtc_rst=0;}ucharread1302(ucharaddress)//读1302数据{uchartemp;rtc_rst=0;rtc_clk=0;rtc_rst=1;write_rtc(address);temp=read_rtc();rtc_clk=1;rtc_rst=0;return(temp);}voidinit1302()//1302初始化{write1302(0x8e,0x00);//写操作write1302(0x80,0x56);//写秒write1302(0x82,0x34);//写分write1302(0x84,0x12);//写时write1302(0x86,0x10);//写月write1302(0x88,0x10);//写日write1302(0x8a,0x06);//写星期write1302(0x8c,0x10);//写年write1302(0x8e,0x80);//写保护}voidget_time()//获取1302的时间数据（时、分、秒），存入time1数组中{uchard;d=read1302(0x81);time1[0]=d&0x0f;time1[1]=(d4)&0x0f;d=read1302(0x83);time1[2]=d&0x0f;time1[3]=(d4)&0x0f;d=read1302(0x85);time1[4]=d&0x0f;time1[5]=(d4)&0x0f;}voidtime0()interrupt1{uchari;TR0=0;TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;TR0=1;tt++;if(tt==500){tt=0;dot=!dot;flash=0x7f|(dot7);}P0=0xff;P2=bit_select[i];if(i==2)P0=seven_tab[time1[i]]&flash;elseP0=seven_tab[time1[i]];i++;if(i==6)i=0;}voidinit_timer0()//Timer0初始化{TMOD=0x01;TH0=(65536-2000)/256;TL0=(65536-2000)%256;TR0=1;ET0